寄存器位读写，结构体位域定义，位域操作，位操作

时间：2024-03-04 11:27:26

1.2.3 添加位域结构体

1）增加位域定义

我们经常需要直接访问寄存器中的某个位域。C281x C/C++头文件及外设示例所涉及的位域结构体方法，为多数片上外设寄存器提供了位域定义。例如，可以为CPU 定时器（CPU-Timer）中的每个寄存器定义一个位域结构体类型。CPU 定时器（CPU-Timer）控制寄存器的位域定义如下所示：

[cpp] view plaincopyprint?
  1. //*****************************************************************************     
  2. //DSP281x_headers\include\DSP281x_CpuTimers.h CPU 定时器头文件     
  3. //*****************************************************************************     
  4. struct TCR_BITS //定义一个TCR_BITS 结构体类型（不是变量）     
  5. { Uint16 rsvd1:4; //3:0 保留，从最低位开始，顺序取位到最高位。取低4 位     
  6. Uint16 TSS:1; //4 定时器开始/停止，取第5 位     
  7. Uint16 TRB:1; //5 定时器重装，取第6 位     
  8. Uint16 rsvd2:4; //9:6 保留，取第7 位到第10 位     
  9. Uint16 SOFT:1; //10 仿真模式，取第11 位     
  10. Uint16 FREE:1; //11 仿真模式，取第12 位     
  11. Uint16 rsvd3:2; //12:13 保留，取第13 位到第14 位     
  12. Uint16 TIE:1; //14 输出使能，取第15 位     
  13. Uint16 TIF:1; //15 中断标志，取第16 位     
  14. };   
//*****************************************************************************  
//DSP281x_headers\include\DSP281x_CpuTimers.h CPU 定时器头文件  
//*****************************************************************************  
struct TCR_BITS //定义一个TCR_BITS 结构体类型（不是变量）  
{ Uint16 rsvd1:4; //3:0 保留，从最低位开始，顺序取位到最高位。取低4 位  
Uint16 TSS:1; //4 定时器开始/停止，取第5 位  
Uint16 TRB:1; //5 定时器重装，取第6 位  
Uint16 rsvd2:4; //9:6 保留，取第7 位到第10 位  
Uint16 SOFT:1; //10 仿真模式，取第11 位  
Uint16 FREE:1; //11 仿真模式，取第12 位  
Uint16 rsvd3:2; //12:13 保留，取第13 位到第14 位  
Uint16 TIE:1; //14 输出使能，取第15 位  
Uint16 TIF:1; //15 中断标志，取第16 位  
};

 

然后，通过共用体进行声明，以便访问位域结构体定义的各个成员或者16 位或32位寄存器的值。例如，定时器的控制寄存器共用体如下所示：

 

[cpp] view plaincopyprint?
  1. //*****************************************************************************     
  2. //DSP281x_headers\include\DSP281x_CpuTimers.h CPU 定时器头文件     
  3. //*****************************************************************************     
  4. union TCR_REG //定义共用体类型TCR_REG（不是变量）     
  5. { Uint16 all;    
  6. struct TCR_BITS bit; //bit 是一个具有TCR_BITS 结构体类型的变量     
  7. };    
  8. //all 和bit 是共用体的两个成员，它们都是16 位结构，占用内存的同一单元  
//*****************************************************************************  
//DSP281x_headers\include\DSP281x_CpuTimers.h CPU 定时器头文件  
//*****************************************************************************  
union TCR_REG //定义共用体类型TCR_REG（不是变量）  
{ Uint16 all;  
struct TCR_BITS bit; //bit 是一个具有TCR_BITS 结构体类型的变量  
};  
//all 和bit 是共用体的两个成员，它们都是16 位结构，占用内存的同一单元

 

 

一旦每个寄存器的位域结构体类型和共用体的定义都建立起来了，则在CPU 定时器（CPU-Timer）的寄存器结构体类型中，各个成员可通过采用共用体定义的形式重写：

 

[cpp] view plaincopyprint?
  1. //*****************************************************************************     
  2. //DSP281x_headers\include\DSP281x_CpuTimers.h CPU 定时器头文件     
  3. //*****************************************************************************     
  4. struct CPUTIMER_REGS    
  5. { union TIM_GROUP TIM; //定时器计数寄存器，TIM 是一个具有 TIM_GROUP 共     
  6. //用体类型的变量     
  7. union PRD_GROUP PRD; //定时器周期寄存器     
  8. union TCR_REG TCR; //定时器控制寄存器     
  9. Uint16 rsvd1; //保留     
  10. union TPR_REG TPR; //定时器预定标寄存器低位     
  11. union TPRH_REG TPRH; //定时器预定标寄存器高位     
  12. };   
//*****************************************************************************  
//DSP281x_headers\include\DSP281x_CpuTimers.h CPU 定时器头文件  
//*****************************************************************************  
struct CPUTIMER_REGS  
{ union TIM_GROUP TIM; //定时器计数寄存器，TIM 是一个具有 TIM_GROUP 共  
//用体类型的变量  
union PRD_GROUP PRD; //定时器周期寄存器  
union TCR_REG TCR; //定时器控制寄存器  
Uint16 rsvd1; //保留  
union TPR_REG TPR; //定时器预定标寄存器低位  
union TPRH_REG TPRH; //定时器预定标寄存器高位  
};


现在，既可以通过C 代码以位域的方法访问CpuTimer 寄存器中的某位，也可以对整个寄存器进行访问：

 

 

[cpp] view plaincopyprint?
  1. //*****************************************************************************     
  2. //用户源文件     
  3. //*****************************************************************************     
  4. CpuTimer0Regs.TCR.bit.TSS = 1; //访问一个单独的位域的示例     
  5. CpuTimer0Regs.TCR.all = TSS_MASK; //访问整个寄存器的示例   
//*****************************************************************************  
//用户源文件  
//*****************************************************************************  
CpuTimer0Regs.TCR.bit.TSS = 1; //访问一个单独的位域的示例  
CpuTimer0Regs.TCR.all = TSS_MASK; //访问整个寄存器的示例

 

 

采用位域结构体的方法具有以下优点：

（1）无须用户确定掩模值，就可对位域进行操作；

（2）可在CCS 观察窗中看到寄存器和位域的值；

（3）当使用CCS 时，编辑器会提供一张现有结构体/位域成员的列表以供选择。这一功能是CCS 自动完成的，它使编写代码变得更容易，而不必查阅寄存器和位域名文件。

掩模值是指位掩码（位屏蔽码），在下面的代码段中，常数TCR_MASK 是位掩码是用于置位或清除较大字段中的一个特殊位的常数值。

 

[cpp] view plaincopyprint?
  1. #define TCR_MASK 0x0010     
  2. …    
  3. CpuTimer0Regs.TCR.all = TCR_MASK;   
#define TCR_MASK 0x0010  
…  
CpuTimer0Regs.TCR.all = TCR_MASK;

 

2）使用位域时，“读—修改—写”的注意事项当对寄存器中的单个位域进行写操作时，硬件将执行一个读—修改—写的操作，即读出寄存器中的内容，修改单个位域的值及回写整个寄存器。上述操作在F28x 上的单个周期内完成。当发生回写操作时，寄存器内的其他位将被写入读出时所读到的同一个数值。有些寄存器没有采用共用体定义，是因为不推荐采用这种方式访问，也存在一些例外情况，包括：

（1）具有写1 清除位的寄存器，如事件管理标志寄存器；

（2）无论在什么时候访问寄存器，都必须用特殊方式对位进行写入操作的寄存器，如看门狗控制寄存器。

没有位域结构体和共用体定义的寄存器，不使用*.bit 或*.all 名称进行访问，例如：

[cpp] view plaincopyprint?
  1. //*****************************************************************************     
  2. //用户源文件     
  3. //*****************************************************************************     
  4. SysCtrlRegs.WDCR = 0x0068;   
//*****************************************************************************  
//用户源文件  
//*****************************************************************************  
SysCtrlRegs.WDCR = 0x0068;

 

3）代码长度考量

采用位域定义访问寄存器，可使代码变得易读、易修改和易维护。当需要对寄存器中单独某位域进行访问或者查询时，使用这种方法也非常有效。然而，值得注意的是：当对一个寄存器进行一定数量的访问时，使用*.bit 位域定义形式进行访问将导致比使用*.all 形式对寄存器进行写操作需要更多的代码，例如：

[cpp] view plaincopyprint?
  1. //*****************************************************************************     
  2. //用户源文件     
  3. //*****************************************************************************     
  4. CpuTimer0Regs.TCR.bit.TSS = 1; //1 = 停止定时器     
  5. CpuTimer0Regs.TCR.bit.TRB = 1; //1 = 重装定时器     
  6. CpuTimer0Regs.TCR.bit.SOFT = 1; //当SOFT=1 且FREE=1 时，定时器*运行     
  7. CpuTimer2Regs.TCR.bit.FREE = 1;    
  8. CpuTimer2Regs.TCR.bit.TIE = 1; //1 = 使能定时器中断  
//*****************************************************************************  
//用户源文件  
//*****************************************************************************  
CpuTimer0Regs.TCR.bit.TSS = 1; //1 = 停止定时器  
CpuTimer0Regs.TCR.bit.TRB = 1; //1 = 重装定时器  
CpuTimer0Regs.TCR.bit.SOFT = 1; //当SOFT=1 且FREE=1 时，定时器*运行  
CpuTimer2Regs.TCR.bit.FREE = 1;  
CpuTimer2Regs.TCR.bit.TIE = 1; //1 = 使能定时器中断

采用上述的方法，可以得到可读性非常强并且易于修改的代码。不足是代码有些长。如果用户更加关心代码的长度，可使用*.all 结构对寄存器进行一次性的写操作。

 

[cpp] view plaincopyprint?
  1. CpuTimer0Regs.TCR.all = TCR_MASK; //TCR_MASK 可在文件头部用#define 定义   
CpuTimer0Regs.TCR.all = TCR_MASK; //TCR_MASK 可在文件头部用#define 定义

 

 

1.2.4 共用体结构体位域的应用实例

【例】设count 是一个16 位的无符号整型计数器，最大计数为十六进制0xffff，要求将这个计数值以十六进制半字节的形式分解出来。

对于上述实例通常采用移位的方法求解，而采用共用体结构体位域的方法不需要通过移位运算。以下，对CCS 在头文件中大量使用的共用体结构体位域进行注解。

先定义一个共用体结构体位域：

[cpp] view plaincopyprint?
  1. Uint16 cont,g,s,b,q; //16 位无符号整型变量定义     
  2. cont=0xfedc; //对cont 赋值     
  3. …    
  4. union //共用体类型定义     
  5. { Uint16 i; //定义i 为16 位无符号整型变量     
  6. struct //结构体类型定义     
  7. {    
  8. Uint16 low:4; //最低4 位在前。从最低4 位开始，取每4 位构成半字节     
  9. Uint16 mid0:4;    
  10. Uint16 mid1:4;    
  11. Uint16 high:4; //最高4 位在后     
  12. }HalfByte; //HalfByte 为具有所定义的结构体类型的变量     
  13. }Count; //Count为具有所定义的共用体类型的变量  
Uint16 cont,g,s,b,q; //16 位无符号整型变量定义  
cont=0xfedc; //对cont 赋值  
…  
union //共用体类型定义  
{ Uint16 i; //定义i 为16 位无符号整型变量  
struct //结构体类型定义  
{  
Uint16 low:4; //最低4 位在前。从最低4 位开始，取每4 位构成半字节  
Uint16 mid0:4;  
Uint16 mid1:4;  
Uint16 high:4; //最高4 位在后  
}HalfByte; //HalfByte 为具有所定义的结构体类型的变量  
}Count; //Count为具有所定义的共用体类型的变量

 

union 定义一个共用体类型，它包含两个成员：一个是16 位无符号整型变量i，另一个是包含4 个半字节变量（low，mid0，mid1，high）的结构体类型。它们占用同一个内存单元，通过对i（Count.i）进行赋值，可以完成对结构体4 个变量的赋值。

上面的程序，在定义共用体类型和结构体类型的同时，直接完成了这两个类型变量的定义，而未定义共用体和结构体类型名。即HalfByte 是一个具有所定义的结构体类型的变量，Count 是一个具有所定义的共用体类型的变量。理解了共用体与结构体之间的关系，下面的赋值指令就清楚了。

Count.i = cont; //对共用体类型成员i 进行赋值

[cpp] view plaincopyprint?
  1. g = Count.HalfByte.low; //将cont 的0～3 位赋值给g，g=0x000c    
  2. s = Count.HalfByte.mid0; //将cont 的4～7 位赋值给s，s=0x000d    
  3. b = Count.HalfByte.mid1; //将cont 的8～11 位赋值给b，b=0x000e    
  4. q = Count.HalfByte.high; //将cont 的12～15 位赋值给q，q=0x000f   
g = Count.HalfByte.low; //将cont 的0～3 位赋值给g，g=0x000c 
s = Count.HalfByte.mid0; //将cont 的4～7 位赋值给s，s=0x000d 
b = Count.HalfByte.mid1; //将cont 的8～11 位赋值给b，b=0x000e 
q = Count.HalfByte.high; //将cont 的12～15 位赋值给q，q=0x000f

通过共用体结构体定义，当对共用体类型成员i 进行赋值时，由于结构体类型变量HalfByte 与i 占用同一个内存单元，因此，也就完成了对HalfByte 的各成员的赋值。

C 语言的共用体结构体位域定义，可以完成对寄存器位域的访问。至于被访问的位域在内存中的具体位置则由编译器安排，编程者可以不必关注。

下面是一个访问寄存器位域的例子，供读者参考。

先建立一个共用体结构体位域定义，将某个寄存器的16 位，从最低位到最高位分别

定义为Bit1，Bit2，…，Bit16。

 

[cpp] view plaincopyprint?
  1. union //共用体类型定义     
  2. { Uint16 all; //定义all 为16 位无符号整型变量     
  3. struct //结构体类型定义     
  4. {    
  5. Uint16 Bit1:1; //0 位Bit1 取寄存器最低位0 位，以下顺序取1 位直到最高位     
  6. Uint16 Bit2:1; //1     
  7. Uint16 Bit3:1; //2     
  8. Uint16 Bit4:1; //3     
  9. Uint16 Bit5:1; //4     
  10. Uint16 Bit6:1; //5     
  11. Uint16 Bit7:1; //6     
  12. Uint16 Bit8:1; //7     
  13. Uint16 Bit9:1; //8     
  14. Uint16 Bit10:1; //9     
  15. Uint16 Bit11:1; //10     
  16. Uint16 Bit12:1; //11     
  17. Uint16 Bit13:1; //12     
  18. Uint16 Bit14:1; //13     
  19. Uint16 Bit15:1; //14     
  20. Uint16 Bit16:1; //15     
  21. }bit; //bit为具有所定义的结构体类型的变量     
  22. }CtrlBit; //CtrlBit 为具有所定义的共用体类型的变量  
union //共用体类型定义  
{ Uint16 all; //定义all 为16 位无符号整型变量  
struct //结构体类型定义  
{  
Uint16 Bit1:1; //0 位Bit1 取寄存器最低位0 位，以下顺序取1 位直到最高位  
Uint16 Bit2:1; //1  
Uint16 Bit3:1; //2  
Uint16 Bit4:1; //3  
Uint16 Bit5:1; //4  
Uint16 Bit6:1; //5  
Uint16 Bit7:1; //6  
Uint16 Bit8:1; //7  
Uint16 Bit9:1; //8  
Uint16 Bit10:1; //9  
Uint16 Bit11:1; //10  
Uint16 Bit12:1; //11  
Uint16 Bit13:1; //12  
Uint16 Bit14:1; //13  
Uint16 Bit15:1; //14  
Uint16 Bit16:1; //15  
}bit; //bit为具有所定义的结构体类型的变量  
}CtrlBit; //CtrlBit 为具有所定义的共用体类型的变量

 

有了上面的定义之后，要访问某一个位或某些位就很容易了。比如要置Bit4，Bit8，Bit12 及Bit16 为1，可用两种方法进行：

方法一：

[cpp] view plaincopyprint?
  1. CtrlBit.bit.Bit4 = 1;    
  2. CtrlBit.bit.Bit8 = 1;    
  3. CtrlBit.bit.Bit12 = 1;    
  4. CtrlBit.bit.Bit16 = 1;  
CtrlBit.bit.Bit4 = 1;  
CtrlBit.bit.Bit8 = 1;  
CtrlBit.bit.Bit12 = 1;  
CtrlBit.bit.Bit16 = 1;

方法二：

 

[cpp] view plaincopyprint?
  1. CtrlBit.all = 0x8888;   

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