位运算的一些操作

最近在做一些嵌入式软件相关的工作，经常涉及到对于FPGA寄存器的相关操作。而对于寄存器的操作，软件这边通常是把数据进行组装为一个固定位宽(8bit, 16bit)的数通过localbus总线写到寄存器中。

1. 原码，反码，补码

计算机中的数据都是以二进制的形式进行存储的，确切的说是以二进制补码的形式进行存储的。
正数：对于一个正数来说，其原码，反码，补码均为其自身。
负数：对于一个负数，在C语言里面，char类型占据一个字节，8位，大小是-128~127。反码是符号位保持
不变，其他的变为相反。补码则是在反码的基础上在低位加上1。
注意，-128这一类型的数是没有原码和反码的，只有补码。
补充：+0，-0的原码，反码，补码

+0    00000000    00000000     00000000
-0    10000000    111111111     00000000

2. 位运算的基本运算符

如图所示的是位运算的四个符号。

image.png

按位取反：~(10011010) = 01100101
按位与： （10010011）& (00111101) = 00010001
按位或： (10010011) | (00111101) = 10111111
按位异或： (10010011) ^ (00111101) = 10101110
左移：（10001010）<< 2 = 00101000
右移： (10001010) >> 2 = 11100010
不管是有符号书还是无符号数，左移的话，直接丢弃高位，0补最低位。右移的话，符号位会保持不变
对于有符号数，右移之后会在最高位补1。

3. 位运算的常见用法

1. 数据拼接
   在嵌入式中，数据通常写到8bit或者16bit的寄存器中，因此对于每一bit都要赋予相应的值以供逻辑(FPGA)使用。如一个16bit的寄存器，需要存储的数据是2bit的命令，6bit的地址，8bit的具体数据。而此时给出的命令，地址以及具体数据均为一个unsigned int型(32位，但是有效位分别只有2,6,8)的数据。
   unsigned int cmd = 0x1; unsigned int addr = 0x8; unsigned int data = 0xff;
   命令，地址，数据在寄存器中以高位到低位的方式进行存储。
   那么该16bit寄存器数据可以表示为
   unsigned int regData = ((cmd << 14) & 0xffff) + ((addr << 8) & 0xffff) + ((data) & 0xffff);
   其实本质就是通过数据的移位将需要到数据bit放到组合后数据相应的位中去即可。