写在前面

嵌入式当中，使用例如i2c、spi等外设时，需要获取某个寄存器的某些位的具体值，这里就来探讨如何实现。

需求

现有需求，要求从寄存器获取从 第 5 位开始，往后数 3 位的值。

第 5 位开始，我们标记为：S = 5。

读取 3 个位，我们标记为：bit_len = 3。

这里先要明确一个概念：寄存器的二进制值从 右 往 左 数，第 1 位 则是 bit 0。

假设寄存器的值已知：

0110 1001 -> 0x69

我们要获取：

0 1 1 0  1 0 0 1
8 7 6 5  4 3 2 1 （注：这里的下表是“第n位”，而并非 bit 位，不要混淆
  ^ ^ ^

从第 5 位开始，往后数 3 位，也就是我标记的位。

我们提取出来的值需要是：110，补全8 bit为：0000 0110。

生成掩码

掩码生成公式：

((1 << bit_len) - 1)

利用公式生成掩码

已知我们要获取的长度是 3，即：

bit_len = 3;

则，先将数字1左移bit_len位：

1 << 3 -> 1000

可以看到，我们得到了1000

再将1000减去1：

1000 -> 0x8 - 1 -> 0x7

我们得到0x7，

接下来将0x7重新转换为二进制形式：

0x7 -> 111

这里，我们成功生成掩码：111，补全为 8 bit则为： 0000 0111。

处理寄存器的值

我们前面提到过，寄存器的值是：

0 1 1 0  1 0 0 1

现在将寄存器的值向 右移S - 1个位置，也就是右移 4 位。即：

移动前： 0 1 1 0  1 0 0 1
移动后： 0 0 0 0  0 1 1 0

获取需要的值

最终，我们得到掩码值：

0 0 0 0  0 1 1 1

寄存器右移后的值；

0 0 0 0  0 1 1 0

将它们进行按位与操作：

  0 0 0 0  0 1 1 1
& 0 0 0 0  0 1 1 0
-------------------
. 0 0 0 0  0 1 1 0

总结

我们按要求从寄存器的值：0110 1001中，从第 5 位开始读取 3 位，即提取出 110。

可以看到，我们获取位掩码的操作达到预期。

示例代码

#include <stdio.h>

void print_binary(uint8_t value) {
  char binary_str[10] = {0};
  int index = 0;

  for (int i = 7; i >= 0; i--) {
    binary_str[index++] = (value & (1 << i)) ? '1' : '0';

    if (i == 4) {
      binary_str[index++] = ' ';
    }
  }

  printf("%s\n", binary_str);
}

void read_bits(uint8_t bits_start, uint8_t bits_len, uint8_t bits_data) {
  uint8_t mask = 0x00;
  uint8_t final_data = 0x00;
  uint8_t data = 0b01101100; // 0x6C

  mask = ((1 << bits_len) - 1); // 取掩码
  data >>= (bits_start - 1);    // 要读取的数据与掩码有效位对齐
  bits_data = mask & data;      // 获取位

  printf("bits_data: \t");
  print_binary(bits_data);
}

int main(int argc, char *argv[]) {
  uint8_t bits_start = 3;
  uint8_t bits_len = 4;
  uint8_t bits_data = 0b1100; // 0xC

  read_bits(bits_start, bits_len, bits_data);

  return 0;
}