为什么MCU寄存器中与逻辑相关的位字段通常位于不同的位置？

如果这个问题已经被回答，请原谅我，但是无论是在此页面还是在更广泛的Internet上我都找不到答案。

我是一位经验丰富的开发人员，在底层编程方面拥有丰富的知识，但是对于嵌入式开发而言却相对较新。我一直在自学使用ST-NUCLEO144板进行嵌入式系统开发，该板具有STM32F746ZG MCU。在我看来似乎不是显而易见的一个问题是，为什么寄存器中与逻辑相关的位字段可能位于不同的位置。

一个例子是USART_CR1STM32746ZG上的寄存器。的M0和M1位字段一起控制USART TX / RX的字长，的组合的2比特值0b00指定8位，0b01指定9个比特，等等，这是所有相当简单的，不同之处在于M0在第12位和M1在比特28 ...为什么呢？

是否出于遗留设计的原因，例如将新功能插入到先前保留的空间中？是出于与芯片设计相关的原因而我没有考虑，还是出于更大的目的而没有看到？

显然，使用位屏蔽可以克服这个问题，但是我很好奇。

是否出于遗留设计的原因，例如将新功能插入到先前保留的空间中？

在这种特定情况下（和我见过的类似情况），是的，它可以帮助保持与较旧设备的向后兼容性，并最大程度地减少了已为这些较旧设备编写的（可能经过良好测试和验证/认证）代码的任何更改。因此，如果已经使用了原始寄存器位的相邻位，则新特性和功能（需要新的寄存器位进行控制和配置）必须使用非连续位。

例如，这是USART_CR1旧STM32F1xx系列的寄存器。

图1. STM32F10xxx USART_CR1寄存器的用法

_{图片来源：STM32F10xxx系列参考手册RM0008，第27.6.4节}

较旧的USART（只有2个字长选项）仅需一个 M即可配置两个选项之间的USART字长，即12位。请注意，位11和13也如何使用，因此不可用于将来的“扩展” 。

如您所说，在较新的STM32F7（例如，还有STM32F4）上，USART现在具有3个字长选项（7、8和9位），因此需要另一个配置位-第12位为M0，M1现在为第28位（如上所示，以前保留在STM32F1寄存器映射中）。

图2. STM32F74xxx USART_CR1寄存器的用法

_{图像源：STM32F75xxx和STM32F74xxx系列参考手册RM0385，第31.8.1节}

他们不能把新的 M1不移动已经用于其他功能的寄存器位的情况下将位放入寄存器位11或13，并因此消除了与使用它们的现有代码（例如STM32F1）的向后兼容性。

因此，他们试图保持一些向后兼容性，从而导致新的寄存器位被添加到意外的位置。

另一个示例是维护从8250到16550的独立UART的寄存器映射，并在寄存器映射的其他位置添加新的寄存器。

你是对的

“ ..由于遗留设计原因，例如将新功能插入到先前保留的空间中。”

据我所知，在大多数情况下，位位置本身几乎没有设计影响（在芯片实现中是指）。设计人员通常尝试利用可用的一切。在某些情况下，例如当您尝试扩展宽度等时。

也就是说，在某些情况下，有意将位位置分开。专门针对那些至关重要的位，并且这些位不能通过无意的写操作（由于错误的位置/掩码或为了安全起见而修改）而导致系统最终处于不希望的状态。