AC 预处理器宏将位域打包到字节中？

Question

我正在研究微控制器黑客技术，虽然我非常熟悉按位运算符并与硬件直接对话，但我发现生成的代码非常冗长和样板。我的高级程序员希望找到一种有效但高效的方法来清理它。

例如，寄存器中有很多设置标志：

/* Provided by the compiler */
#define SPIE 7
#define SPE 6
#define DORD 5
#define MSTR 5
#define CPOL 4
#define CPHA 3

void init_spi() {
  SPCR = (1 << SPE) | (1 << SPIE) | (1 << MSTR) | (1 << SPI2X);      
}

值得庆幸的是，有隐藏实际端口 IO 操作（左侧）的宏，因此它看起来像是一个简单的赋值。但所有这些语法对我来说都很混乱。

要求是：

• 它只需要处理最多 8 位，
• 位位置必须能够以任何顺序传递，并且
• 应该只需要传递设置的位。

我想要的语法是：

SPCR = 位(SPE, SPIE, MSTR, SPI2X);

到目前为止，我想出的最好的方法是组合宏/函数：

#define bits(...) __pack_bits(__VA_ARGS__, -1)

uint8_t __pack_bits(uint8_t bit, ...) {
    uint8_t result = 0;
    va_list args;
    va_start(args, bit);

    result |= (uint8_t) (1 << bit);

    for (;;) {
        bit = (uint8_t) va_arg(args, int);
        if (bit > 7) 
            break;
        result |= (uint8_t) (1 << bit);
    }
}

这在我的特定架构上编译为 32 字节，需要 61-345 个周期来执行（取决于传递的位数）。

理想情况下，这应该在预处理器中完成，因为结果是一个常量，并且输出机器指令应该只是将 8 位值分配给寄存器。

这件事还能做得更好吗？

Answer 1

是的，将宏 ABC 重新定义为 1 << ABC，然后你就可以简化它。将位掩码进行“或”运算是一个非常常见的习惯用法，任何人都会认识到。把换档位置从你的脸上移开会很有帮助。

您的代码从

#define SPIE 7
#define SPE 6
#define DORD 5
#define MSTR 5
#define CPOL 4
#define CPHA 3

void init_spi() {
  SPCR = (1 << SPE) | (1 << SPIE) | (1 << MSTR) | (1 << SPI2X);      
}

这个

#define BIT(n) (1 << (n))
#define SPIE BIT(7)
#define SPE BIT(6)
#define DORD BIT(5)
#define MSTR BIT(5)
#define CPOL BIT(4)
#define CPHA BIT(3)

void init_spi() {
  SPCR =  SPE | SPIE | MSTR | SPI2X;
}

建议确实假设位域定义的使用次数比它们的定义多很多次。

---

我觉得可能有某种方法可以为此使用 可变参数宏 ，但我想不出任何可以轻松用作表达式的东西。但是，请考虑在生成常量的函数内创建数组文字：

#define BITS(name, ...) \
     char name() { \
         char[] bits = { __VA_ARGS__ }; \
         char byte = 0, i; \
         for (i = 0; i < sizeof(bits); ++i) byte |= (1 << bits[i]); \
         return byte; }

/*  Define the bit-mask function for this purpose */
BITS(SPCR_BITS, SPE, SPIE, MSTR, SPI2X)

void init_spi() {
    SPCR = SPCR_BITS();
}

如果编译器良好，它会发现整个函数在编译时是常量，并内联结果值。

Answer 2

除了预定义的定义之外，为什么不创建自己的定义......

#define BIT_TO_MASK(n) (1 << (n))

#define SPIE_MASK BIT_TO_MASK(SPIE)
#define SPE_MASK  BIT_TO_MASK(SPE)
#define DORD_MASK BIT_TO_MASK(DORD)
#define MSTR_MASK BIT_TO_MASK(MSTR)
#define CPOL_MASK BIT_TO_MASK(CPOL)
#define CPHA_MASK BIT_TO_MASK(CPHA)

void init_spi() {
  SPCR =  SPE_MASK | SPIE_MASK | MSTR_MASK | SPI2X_MASK;
}