TipsAndTriks/C.txt

[FAQ] Изменение и чтение отдельных битов

имеем порт J, в codevision работать с ним как PORTJ.n нельзя,
поэтому для установки бита N в единицу не трогая другие биты делаем так:
PORTJ = PORTJ | (1<<N); или короче PORTJ |= (1<<N);

установка бита N в ноль тогда будет:
PORTJ = PORTJ & ~(1 << N);

-------------------

#ifndef _BV    // If !WinAVR
#define _BV(n)    (1 << (n))
#endif

#define set_bit(p, n)    p |= _BV(n)
#define clear_bit(p, n)    p &= ~_BV(n)
#define invert_bit(p, n)    p ^= _BV(n) 

-------------------

ПРОВЕРЕНО в компиляторах IAR, CVAVR, ImageCraft ICC

1) вариант для любого компилятора:

// объявление:

#define SET_B(x) |= (1<<x) 
#define CLR_B(x) &=~(1<<x) 
#define INV_B(x) ^=(1<<x)

// x - номер бита в регистре

// использование:

PORTB SET_B(5);  // "установить"  бит5
PORTB CLR_B(2);  // "очистить"  бит2
PORTB INV_B(6);  // инвертировать бит6

"установить" значит сделать "1" 
"очистить" значит сделать "0" 
"инвертировать" - сделать "0" если был "1" и наоборот.

===============================================================================

Вот классический алгоритм реверса битов в байте:

unsigned char b = 0x72; // b = 01110010b
// Меняем местами соседние биты в парах
b = (b & 0x55) << 1 | (b & 0xAA) >> 1;
// Меняем местами пары битов в тетрадах
b = (b & 0x33) << 2 | (b & 0xCC) >> 2;
// Меняем местами тетрады битов в байтах числа
b = (b & 0x0F) << 4 | (b & 0xF0) >> 4;

===============================================================================
// Тип, описывающий глобальные флаги программы
typedef struct _SFLAGS {
    
    uint8_t KeyModePressed:  1; // Состояние клавиши MODE
    uint8_t KeyColorPressed: 1; // Состояние клавиши COLOR
    uint8_t GotoSleep:       1; // Команда "Заснуть" для основного потока (main)
    uint8_t RxComplete:      1; // Принята посылка в USART0
    uint8_t:                 4; // дополнение до 8 бит (резерв) 
    
} SFLAGS;


volatile struct               //flags
 {
   unsigned char Direction  : 1;
   unsigned char SensorFree : 1;
   unsigned char Tick       : 1;
   unsigned char DirChd     : 1;
 } Flag;


использование:
Flag.Tick = TRUE;

===============================================================================

Си для микроконтроллеров и чайников.
Часть 2. Операции с переменными и регистрами микроконтроллера.

§ 	> Обзор стандартных операций с регистрами.

Настало время перейти к более серьёзным операциям над регистрами и программными переменными. Управление работой микроконтроллера в большинстве случаев сводится к следующему простому набору действий с его регистрами:

1. Запись в регистр необходимого значения.
2. Чтение значения регистра.
3. Установка в единицу нужных разрядов регистра.
4. Сброс разрядов регистра в ноль.
5. Проверка разряда на логическую единицу или логический ноль.
6. Изменение логического состояния разряда регистра на противоположное.

Во всех указанных действиях принимает участие оператор присваивания языка Си, записываемый в виде знака равенства. Принцип действия оператора примитивно прост - он записывает в регистр или переменную расположенную слева от него, значение того, что записано справа. Справа может находится константа, другой регистр, переменная либо состоящее из них выражение, например:

A = 16; // Присвоить переменной A значение 16;
A = B; // Считать значение переменной B и присвоить это значение переменной A;
A = B+10; // Считать значение переменной B, прибавить к считанному значению 10, результат присвоить переменной A (значение переменной B при этом не изменяется).


§ 	> Запись и чтение регистров.
 Из рассмотренных примеров видно, что оператор присваивания сам по себе решает две первые задачи — запись и чтение значений регистров. Например для отправки микроконтроллером AVR байта по шине UART достаточно записать его в передающий регистр с именем UDR:
UDR = 8; // Отправить по UART число 8;

 Чтобы получить принятый по UART байт достаточно считать его из регистра UDR:
A = UDR; // Считать принятый байт из UART и переписать в переменную A.


§ 	> Установка битов регистров.

Язык Си не имеет в своём составе команд непосредственного сброса или установки разрядов переменной, однако присутствуют побитовые логические операции "И" и "ИЛИ", которые успешно используются для этих целей.
Оператор побитовой логической операции "ИЛИ" записывается в виде вертикальной черты - "|" и может выполнятся между двумя переменными, а так же между переменной и константой. Напомню, что операция "ИЛИ" над двумя битами даёт в результате единичный бит, если хотя бы один из исходных битов находится с состоянии единицы. Таким образом для любого бита логическое "ИЛИ" с "1" даст в результате "1", независимо от состояния этого бита, а "ИЛИ" с логическим "0" оставит в результате состояние исходного бита без изменения. Это свойство позволяет использовать операцию "ИЛИ" для установки N-ого разряда в регистре. Для этого необходимо вычислить константу с единичным N-ным битом по формуле 2^N, которая называется битовой маской и выполнить логическое "ИЛИ" между ней и регистром, например для установки бита №7 в регистре SREG:
(SREG | 128) — это выражение считывает регистр SREG и устанавливает в считанном значении седьмой бит, далее достаточно изменённое значение снова поместить в регистр SREG:
SREG = SREG | 128; // Установить бит №7 регистра SREG.

Такую работу с регистром принято называть "чтение - модификация - запись", в отличие от простого присваивания она сохраняет состояние остальных битов без именения.
Приведённый программный код, устанавливая седьмой бит в регистре SREG, выполняет вполне осмысленную работу - разрешает микроконтроллеру обработку программных прерываний. Единственный недостаток такой записи — в константе 128 не легко угадать установленный седьмой бит, поэтому чаще маску для N-ного бита записывают в следующем виде:

(1<<N) - это выражение на языке Си означает, число один, сдвинутое на N разрядов влево, это и есть маска с установленным N-ным битом. Тогда предыдущий код в более читабельном виде:
REG = SREG | (1<<7); 

или ещё проще с использование краткой формы записи языка Си:
REG |= (1<<7); 

которая означает - взять содержимое справа от знака равенства, выполнить между ним и регистром слева операцию, стоящую перед знаком равенства и записать результат в регистр или переменную слева.


§ 	> Сброс битов в регистрах.

Ещё одна логическая операция языка Си – побитовое "И", записывается в виде символа "&". Как известно, операция логического "И", применительно к двум битам даёт единицу тогда и только тогда, когда оба исходных бита имеют единичное значение, это позволяет применять её для сброса разрядов в регистрах. При этом используется битовая маска, в которой все разряды единичные, кроме нулевого на позиции сбрасываемого. Её легко получить из маски с установленным N-ным битом, применив к ней операцию побитного инвертирования:
~(1<<N) в этом выражении символ "~" означает смену логического состояния всех битов маски на противоположные. Так, например, если (1<<3) в двоичном представлении – 00001000b,  то ~(1<<3) уже 11110111b. Сброс седьмого бита в регистре SREG будет выглядеть так:
SREG = SREG & (~ (1<<7));  или кратко: SREG &= ~ (1<<7);

В упомянутом ранее заголовочном файле для конкретного микроконтроллера приведены стандартные имена разрядов регистров специального назначения, например:
#define OCIE0 1

здесь #define – указание компилятору заменять в тексте программы сочетание символов "OCIE0" на число 1, то есть стандартное имя бита OCIE0, который входит в состав регистра TIMSK микроконтроллера Atmega64 на его порядковый номер в этом регистре. Благодаря этому установку бита OCIE0 в регистре TIMSK можно нагляднее записывать так:
TIMSK|=(1<<OCIE0);

Устанавливать или сбрасывать несколько разрядов регистра одновременно можно, объединяя битовые маски в выражениях оператором логического "ИЛИ":
PORTA |= (1<<1)|(1<<4); // Установить выводы 1 и 4 порта A в единицу;
PORTA&=~((1<<2)|(1<<3)); // Выводы 2 и 3 порта A сбросить в ноль.

 
§	> Проверка разрядов регистра на ноль и единицу.

Регистры специального назначения микроконтроллеров содержат в своём 
составе множество битов-признаков, так называемых "флагов”, уведомляющих 
программу о текущем состоянии микроконтроллера и его отдельных модулей. 
Проверка логического уровня флага сводится к подбору выражения, которое 
становится истинным или ложным в зависимости от того установлен или 
сброшен данный разряд в регистре. Таким выражением может служить 
логическое "И” между регистром и маской с установленным разрядом N на 
позиции проверяемого бита :
(REGISTR & (1<<N)) в этом выражении операция "И” во всех разрядах кроме 
N-ного даст нулевые значения, а проверяемый разряд оставит без изменения. 
Таким образом возможное значения выражения будут или 0 или 2^N, например 
для второго бита регистра SREG:

Приведённое выражение можно использовать в условном операторе if 
(выражение) или операторе цикла while (выражение), которые относятся к 
группе логических, то есть воспринимают в качестве аргументов значения 
типа истина и ложь. Поскольку язык Си, приводя числовые значения к 
логическим, любые числа не равные нулю воспринимает как логическую истину, 
значение (REGISTR & (1<<N)) равное 2^N в случае установленного бита, будет 
воспринято как "истина".

Если появляется необходимость при установленном бите N получить для нашего 
выражения логическое значение «ложь», достаточно дополнить его оператором 
логической инверсии в виде восклицательного знака - !(REGISTR & (1<<N)). 
Не следует путать его с похожим оператором побитовой инверсии (~) меняющим 
состояние битов разряда на противоположное. Логическая инверсия работает 
не с числовыми значениями, а с логическими, то есть преобразует истинное в 
ложное и наоборот. Такая конструкция приводится в DataSheet на Atmega как 
пример для ожидания установки бита UDRE в регистре UCSRA, после которого 
можно отправлять данные в UART:
while ( !( UCSRA & (1<<UDRE)) ) { } // Ждать установки UDRE.

здесь при сброшенном бите UDRE выражение ( UCSRA & (1<<UDRE)) даст 
значение ”ложь”, инвертированное
!( UCSRA & (1<<UDRE)) — ”истину”, и пока это так, программа будет 
выполнять действия внутри фигурных скобок, то есть не делать ничего 
(стоять на месте). Как только бит UDRE установится в единицу, программа 
перейдёт к выполнению действий следующих за конструкцией while(), например 
займётся отправкой данных в UART.


§ 	> Изменение состояния бита регистра на противоположное.

Эту, с позволения сказать, проблему с успехом решает логическая операция 
побитного "ИСКЛЮЧАЮЩЕГО ИЛИ” и соответствующий ей оператор Си, 
записываемый в виде символа " ^ ”. Правило "исключающего или" с двумя 
битами даёт "истину” тогда и только тогда, когда один из битов установлен, 
а другой сброшен. Не трудно убедиться, что этот оператор, применённый 
между битовой маской и регистром, скопирует в результат биты стоящие 
напротив нулевых битов маски без изменения и инвертирует расположенные 
напротив единичных. Например, если: reg=b0001 0110 и mask=b0000 1111, то 
reg^mask=b0001 1001. Таким способом можно менять состояние светодиода, 
подключенного к пятому биту порта A:

#define LED 5 // Заменять в программе сочетание символов LED на число 5 
(вывод светодиода).
…
PORTA ^=(1<< LED); // Погасить светодиод, если он светится и наоборот.


§ 	> Арифметика и логика языка Си.  

Мы рассмотрели типичный набор операций, используемый при работе с 
регистрами микроконтроллера. Помимо них в арсенале языка имеется ряд 
простейших арифметических и логических операций, описания которых можно 
найти в любом справочнике по Си, например: 

Для более подробного знакомства с операциями над переменными и языком Си в 
целом, рекомендую книгу "Язык программирования Си" Б. Керниган, Д. Ритчи.