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SylixOS ARM平臺下的內存對齊訪問

硬件 一個 空間 不同 我們 宏定義 順序 ifdef 32位

1.內存對齊
1.1 內存對齊概要
現代計算機中內存空間都是按照byte劃分的,從理論上講對任何類型的變量的訪問可以從任何地址開始,但實際情況是在訪問特定變量的時候經常在特定的內存地址訪問,這就需要各類型數據按照一定的規則在空間上排列,而不是順序的一個接一個的排放,這就是對齊。

1.2 內存對齊作用和原因
各個硬件平臺對存儲空間的處理上有很大的不同。一些平臺對某些特定類型的數據只能從某些特定地址開始存取。其他平臺可能沒有這種情況,但是最常見的是如果不按照適合其平臺的要求對數據存放進行對齊,會在存取效率上帶來損失。比如有些平臺每次讀都是從偶地址開始,如果一個int型(假設為 32位)如果存放在偶地址開始的地方,那麽一個讀周期就可以讀出,而如果存放在奇地址開始的地方,就可能會需要2個讀周期,並對兩次讀出的結果的高低字節進行拼湊才能得到該int數據。顯然在讀取效率上下降很多。這也是空間和時間的博弈。

2.ARM平臺下內存對齊
在ARM中,有ARM和Thumb兩種指令。ARM指令:每執行一條指令,PC的值加4個字節(32bits),一次訪問4字節內容,該字節的起始地址必須是4字節對齊的位置上,即地址的低兩位為bits[0b00],也就是說地址必須是4的倍數。Thumb指令:每執行一條指令,PC的值加2個字節(16bits),一次訪問2字節內容,該字節的起始地址必須是2字節對齊的位置上,即地址的低兩位為bits[0b0],也就是說地址必須是2的倍數。

遵循以上方式叫對齊(aligned)存儲訪問操作,不遵守這樣方式稱為非對齊(unaligned)存儲訪問操作。SylixOS下的ARM平臺遵守對齊方式。

ARM平臺下由於內存對齊產生的問題,如程序清單 2.1,是一段由於ARM平臺下遵守內存對齊訪問產生問題的代碼,代碼是一個簡單的宏定義將VAL值賦值到DATA地址上。在程序中我們無法保證傳進的參數DATA是4的整數倍,所以導致了會出現內存訪問異常的現象。程序在運行中出現地址訪問錯誤後退出。

程序清單2.1 平臺下問題代碼

#define EC_WRITE_U32(DATA, VAL) \

    do { 
        *((uint32_t *) (DATA)) = cpu_to_le32((uint32_t) (VAL)); 
} while (0)      

3.ARM平臺下解決方案
上述問題可以修改應用層代碼去避免此類問題。如程序清單3.1,我們定義宏如果不是X86平臺,直接將uint32_t內存地址強制轉換成uint8_t地址,再將數據VAL強制拆分成4個uint8_t型數據分別賦值到對應的uint8_t內存地址上。
程序清單3.1 ARM平臺下避免字節對齊訪問

#ifdef X86_PLATFORM

#define EC_WRITE_U32(DATA, VAL) \

do { \

       *((uint32_t *) (DATA)) = cpu_to_le32((uint32_t) (VAL)); 
    } while (0)

#else

#define EC_WRITE_U32(DATA, VAL) \

do { \

      *((uint8_t *) (DATA)) = (cpu_to_le32((uint32_t) (VAL))) & 0xff

       *(((uint8_t *) (DATA)) + 1) =(cpu_to_le32((uint32_t)(VAL)) >> 8) & 0xff; 
     *(((uint8_t *) (DATA)) + 2) = (cpu_to_le32((uint32_t) (VAL)) >> 16) & 0xff; 
     *(((uint8_t *) (DATA)) + 3) = (cpu_to_le32((uint32_t) (VAL)) >> 24) & 0xff; 
   } while (0)

   …

SylixOS ARM平臺下的內存對齊訪問