Question

我在嵌入式C中做了一些工作，加速度计将数据作为14位2的补码数返回。我将此结果直接存储到uint16_t中。稍后在我的代码中，我试图将这种“原始”形式的数据转换为有符号整数，以表示/使用我的其余代码。

我无法让编译器了解我想要做什么。在下面的代码中，我正在检查第14位是否已设置（意味着数字为负），然后我想反转这些位并加1以得到数字的大小。

int16_t fxls8471qr1_convert_raw_accel_to_mag(uint16_t raw, enum fxls8471qr1_fs_range range) {
  int16_t raw_signed;
  if(raw & _14BIT_SIGN_MASK) {
    // Convert 14 bit 2's complement to 16 bit 2's complement
    raw |= (1 << 15) | (1 << 14); // 2's complement extension
    raw_signed = -(~raw + 1);
  }
  else {
    raw_signed = raw;
  }
  uint16_t divisor;
  if(range == FXLS8471QR1_FS_RANGE_2G) {
    divisor = FS_DIV_2G;
  }
  else if(range == FXLS8471QR1_FS_RANGE_4G) {
    divisor = FS_DIV_4G;
  }
  else {
    divisor = FS_DIV_8G;
  }

  return ((int32_t)raw_signed * RAW_SCALE_FACTOR) / divisor;
}

遗憾的是，此代码不起作用。反汇编告诉我，由于某种原因，编译器正在优化我的语句raw_signed = -(~raw + 1);我如何实现我想要的结果？

数学在纸上运行，但我觉得编译器因为某种原因与我抗争：（。

Answer 1

将14位2的补码值转换为16位有符号，同时保持该值只是一个符号：

int16_t accel = (int16_t)(raw << 2) / 4 ;

左移将符号位推入16位符号位位置，除以4会恢复幅度但保持其符号。除法避免了右移的实现定义行为，但通常会在允许的指令集上产生单个算术移位权。强制转换是必要的，因为raw << 2是int表达式，除非int是16位，否则除法将简单地恢复原始值。

然而，将加速度计数据左移两位并将其视为传感器首先是16位就更简单了。将所有内容归一化为16位的好处是，如果使用任意数量的位数达到16的传感器，代码不需要更改。幅度将简单地增加四倍，最不重要的两位将为零 - 无信息获得或失去，任何情况下缩放都是任意的。

int16_t accel = raw << 2 ;

在这两种情况下，如果你想要无符号幅度，那么就是：

int32_t mag = (int32_t)labs( (int)accel ) ;

Answer 2

我会做简单的算术。结果是14位有符号，表示为从0到2 ^ 14的数字.1。测试数字是否为2 ^ 13或更高（表示否定）然后减去2 ^ 14。

int16_t fxls8471qr1_convert_raw_accel_to_mag(uint16_t raw, enum fxls8471qr1_fs_range range) 
{
  int16_t raw_signed = raw;
  if(raw_signed >= 1 << 13) {
    raw_signed -= 1 << 14;
  }

  uint16_t divisor;
  if(range == FXLS8471QR1_FS_RANGE_2G) {
    divisor = FS_DIV_2G;
  }
  else if(range == FXLS8471QR1_FS_RANGE_4G) {
    divisor = FS_DIV_4G;
  }
  else {
    divisor = FS_DIV_8G;
  }

  return ((int32_t)raw_signed * RAW_SCALE_FACTOR) / divisor;
}

请检查我的算术。（我有13和14正确吗？）

Answer 3

假设您的特定C实现中的int是16位宽，则在修改(1 << 15)时使用的表达式raw会产生未定义的行为。在这种情况下，如果采用条件的分支来评估表达式，编译器可以自由地生成代码以执行任何操作 - 或者不执行任何操作。

如果int为16位宽，则表达式-(~raw + 1)和所有中间值将具有unsigned int == uint16_t类型。这是“通常的算术转换”的结果，因为（16位）int不能表示类型uint16_t的所有值。结果将设置为高位，因此超出类型int可表示的范围，因此将其分配给类型int的左值会产生实现定义的行为。您必须查阅您的文档，以确定它定义的行为是否符合您的预期和期望。

如果您改为执行14位符号转换，强制关闭高阶位（(~raw + 1) & 0x3fff），则结果 - 所需负值的倒数 - 可由16位签名表示int，因此明确转换为int16_t的定义明确，并保留（正）值。你想要的结果是相反的结果，你可以通过否定它来获得。总体：

raw_signed = -(int16_t)((~raw + 1) & 0x3fff);

当然，如果int在您的环境中超过16位，那么我认为您的原始代码无法按预期工作的原因。但是，这不会使上面的表达式无效，无论默认值int的大小如何，都会产生一致定义的行为。

Answer 4

假设代码到达return ((int32_t)raw_signed ...时，其值为[-8192 ... +8191]范围：

如果RAW_SCALE_FACTOR是4的倍数，那么可以节省一点钱。

所以而不是

int16_t raw_signed = raw << 2; 
raw_signed >>= 2;

代替

int16_t fxls8471qr1_convert_raw_accel_to_mag(uint16_t raw,enum fxls8471qr1_fs_range range){
  int16_t raw_signed = raw << 2;
  uint16_t divisor;
  ...
  // return ((int32_t)raw_signed * RAW_SCALE_FACTOR) / divisor;
  return ((int32_t)raw_signed * (RAW_SCALE_FACTOR/4)) / divisor;
}

Answer 5

要将14位二进制补码转换为有符号值，可以翻转符号位并减去偏移量：

int16_t raw_signed = (raw ^ 1 << 13) - (1 << 13);

将原始14位二进制补码转换为有符号16位整数

5 个答案: