Embedded C 학습 로드맵

# 비트 연산

## 왜 비트 연산이 중요한가?

MCU의 주변장치는 **레지스터의 특정 비트**로 제어됩니다.
레지스터 하나(32비트)에 여러 기능의 설정 비트가 함께 들어 있기 때문에, 다른 비트를 건드리지 않고 원하는 비트만 조작해야 합니다.

```
[ 레지스터 비트 예시 ]

레지스터 (32비트): 0x0000_0015
  비트:  31 ... 4  3  2  1  0
         0  ... 0  1  0  1  1
                   ↑     ↑  ↑
                   |     |  ENABLE 비트 (bit 0)
                   |     DIRECTION 비트 (bit 1) — 쓰면 안 됨!
                   SPEED 비트 (bit 3)
```

이 상황에서 ENABLE 비트(bit 0)만 끄고 싶다면, SPEED와 DIRECTION은 그대로 둔 채로 bit 0만 0으로 만들어야 합니다.

---

## 기본 비트 연산자

```
연산자    이름         동작
───────────────────────────────
&        AND         두 비트 모두 1일 때만 1
|        OR          하나라도 1이면 1
^        XOR         두 비트가 다를 때 1
~        NOT         비트 반전
<<       Left Shift  비트를 왼쪽으로 이동
>>       Right Shift 비트를 오른쪽으로 이동
```

```
[ AND / OR / XOR / NOT 진리표 ]

A  B  | A&B  A|B  A^B
  ──────┼─────────────
  0  0  |  0    0    0
  0  1  |  0    1    1
  1  0  |  0    1    1
  1  1  |  1    1    0

~0 = 1,  ~1 = 0
```

---

## 비트 Set / Clear / Toggle / Check

### Set (비트 켜기)

특정 비트를 1로 만들 때는 **OR** 연산을 사용합니다.

```c
uint32_t reg = 0x0000_0014;   /* 0001 0100 */
reg |= (1u << 0);             /* bit 0을 1로 Set */
/* 결과: 0x0000_0015          0001 0101        */
```

```
[ 비트 Set 과정 ]

reg    : 0001 0100
  마스크  : 0000 0001  (1u << 0)
  OR(|)  : 0001 0101  ← bit 0만 1이 됨, 나머지 불변
```

### Clear (비트 끄기)

특정 비트를 0으로 만들 때는 **AND + NOT** 연산을 사용합니다.

```c
uint32_t reg = 0x0000_0015;   /* 0001 0101 */
reg &= ~(1u << 0);            /* bit 0을 0으로 Clear */
/* 결과: 0x0000_0014          0001 0100        */
```

```
[ 비트 Clear 과정 ]

~마스크 : 1111 1110  (~(1u << 0))
  reg     : 0001 0101
  AND(&)  : 0001 0100  ← bit 0만 0이 됨, 나머지 불변
```

### Toggle (비트 반전)

현재 값의 반대로 바꿀 때는 **XOR** 연산을 사용합니다.

```c
uint32_t reg = 0x0000_0015;   /* 0001 0101 */
reg ^= (1u << 0);             /* bit 0 Toggle */
/* 결과: 0x0000_0014          0001 0100        */
reg ^= (1u << 0);             /* 다시 Toggle */
/* 결과: 0x0000_0015          0001 0101        */
```

### Check (비트 확인)

특정 비트가 1인지 확인할 때는 **AND** 후 0과 비교합니다.

```c
uint32_t reg = 0x0000_0015;
if (reg & (1u << 0)) {
    /* bit 0이 1인 경우 */
}
```

---

## 다중 비트 마스크

여러 비트를 한번에 다룰 때는 마스크를 조합합니다.

```c
/* bit 4~5 (GAINSEL 필드) 를 0b11(=3)으로 설정 */

#define GAINSEL_MASK  (0x3u << 4)   /* 0b0011_0000 */
#define GAINSEL_VALUE (0x3u << 4)   /* 값도 이미 시프트된 위치로 */

reg &= ~GAINSEL_MASK;   /* 먼저 해당 비트 클리어 */
reg |=  GAINSEL_VALUE;  /* 원하는 값 OR */
```

```
[ 다중 비트 Set 과정 ]

step1 clear:
    ~GAINSEL_MASK : 1100 1111
    reg           : xxxx xxxx
    AND           : xx00 xxxx  ← bit 4~5 클리어

step2 set:
    GAINSEL_VALUE : 0011 0000
    결과          : xx11 xxxx  ← bit 4~5에 0b11 세팅
```

---

## TC37x: Ifx_SCU_OSCCON_Bits 비트필드 union

iLLD에서 제공하는 비트필드 union을 쓰면 마스크 계산 없이 필드 이름으로 직접 접근할 수 있습니다.

```c
/* iLLD 비트필드 union 사용 */
Ifx_SCU_OSCCON osccon;
osccon.U = MODULE_SCU.OSCCON.U;   /* 현재 값 읽기 */
osccon.B.GAINSEL = 3;             /* GAINSEL 필드만 변경 */
MODULE_SCU.OSCCON.U = osccon.U;   /* 레지스터에 쓰기 */

/* 위 코드는 내부적으로 아래와 동등 */
uint32_t val = MODULE_SCU.OSCCON.U;
val &= ~(0x3u << 4);
val |=  (3u   << 4);
MODULE_SCU.OSCCON.U = val;
```

비트필드 union의 장점은 가독성이 높고 실수가 줄어드는 것입니다.
단, **read-modify-write** 중간에 인터럽트가 끼어들 수 있으므로 크리티컬 섹션에서는 주의가 필요합니다.

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## 다른 MCU와의 차이점

> ⚠️ 다른 환경에서 넘어온다면 이런 점이 다를 수 있습니다.

- **비트 연산 자체**: Set/Clear/Toggle 패턴은 모든 MCU에서 완전히 동일. 이식성 100%.
- **레지스터 접근 방식**: STM32 CMSIS도 비트필드 union 사용. TriCore iLLD와 구조가 유사.
- **atomic 처리**: 일부 ARM Cortex-M 코어는 비트밴딩(Bit-Banding)으로 원자적 비트 조작 가능. TriCore는 별도 동기화 메커니즘 사용.

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