📄 arm程序由于字节对齐引起的问题深入分析 -- 众博纷纭.htm
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<P class=Label>标签： <A title=ARM
href="http://blog.ednchina.com/Label/ARM.aspx">ARM</A> <A title=字节对齐
href="http://blog.ednchina.com/Label/å­è对é½.aspx">字节对齐</A> <A
title=问题
href="http://blog.ednchina.com/Label/é®é¢.aspx">问题</A> </P>
<H1><A
href="http://blog.ednchina.com/cllzs/49740/message.aspx#">ARM程序由于字节对齐引起的问题深入分析</A></H1>
<P>
<P> 首先说说，什么叫对齐。如果一个数据是从偶地址开始的连续存储，那么它就是半字对齐，否则就是非半字对齐；半字对齐的特征是bit0=0,其他位为任意值。字对齐的特征是bit1=0,bit0=1,其他位为任意值。如果一个数据是以能被4
整除的地址开始的连续存储，那么它就是字对齐，否则就是非字对齐。举例说明四字节对齐：
对内存进行操作时，被访问的地址必须为4的倍数。如果分配到的地址的地址不是4的倍数时，CPU实际访问的地址还是按照字对齐的方式来操作。也就是自动屏蔽bit1和bit0.
</P>
<P> 用ADS的ARM C Complier下Optimization
Level可能引起问题，其中的一个问题就是字节对齐的问题。下面讲讲问题的现象及实质。</P>
<P>
当时问题的现象是：程序使用一公共变量Buf创建队列，如果ADS编译优化选项采用Minium则软件工作正常；源码不变，如果采用ALL优化，则不正常，数据紊乱且无法工作。为了发现问题，我们分别用Minium和ALL编译，在反汇编条件下单步跟踪程序，观察CPU寄存器和内存变量的变化情况。发现在Minium模式下，编译器把队列内存块Uart0TxBuf分配到的地址是0x400015cc,这个地址是一个4字节对齐的地址，而在ALL模式下，编译器把Buf分配的地址是0x400015c2，这个地址是一个非4字节对齐的地址。正是由于这个非4字节对齐的地址导致了问题的发生。<BR>问题发生在QueueCreate(void
*Buf, uint32 SizeOfBuf, uint8 (* ReadEmpty)(), uint8 (*
WriteFull)())这个函数里，问题是如何发生的，</P>
<P><BR>
在了解问题发生的机理前，先了解QueueCreate这个函数的工作原理。QueueCreate工作原理是，首先把buf指向的内存初始化为DataQueue格式的结构体。
DataQueue的结构体格式如下：<BR>typedef struct {<BR>
QUEUE_DATA_TYPE
*Out;
/* 指向数据输出位置
*/<BR> QUEUE_DATA_TYPE
*In;
/* 指向数据输入位置
*/<BR> QUEUE_DATA_TYPE
*End;
/* 指向Buf的结束位置 */<BR>
uint16
NData;
/* 队列中数据个数
*/<BR>
uint16
MaxData;
/* 队列中允许存储的数据个数 */<BR> <BR>
uint8
(* ReadEmpty)(); /*
读空处理函数
*/<BR>
uint8
(* WriteFull)(); /*
写满处理函数
*/<BR> QUEUE_DATA_TYPE
*Buf;
/* 存储数据的空间 */<BR>}
DataQueue;<BR>从结构体可以看出，结构体字节类型在内存分配为：
4字节指针变量（*Out）、4字节指针变量（*In）、4字节指针变量（*End）、2字节变量NData、2字节变量MaxData、4字节函数指针变量ReadEmpty（）、4字节函数指针变量（WriteFull（））<BR>
观察结构体起始地址放在非对齐时会出现什么情况。</P>
<P> 起始地址为0x400015c2时的由编译器分配得到的地址
实际操作地址<BR>*Out
0x400015c2~0x400015c5 0x40015c0~0x400015c3<BR>*In
0x400014c6~0x400015c9
x400014c4~0x400015c7<BR>*End
0x400015ca~0x400015cd
0x400015c8~0x400015cb<BR>从表中可以看出，实际操作的地址按照4字节对齐格式得到。例如，当执行*Out进行操作时，自动屏蔽bit1和bit0,因此实际发生变化的是0x40015c0~0x400015c3，而不是0x400015c2~0x400015c5，由于实际操作地址和编译器分配地址互相覆盖，当对*In操作时，会导致*Out一起变化，对*End操作时，*In也跟着变化。正是由于非对齐的原因导致创建队列和对列操作完全错误。<BR>
当内存起始地址为4字节对齐地址的情况时，编译器分配地址和实际地址一致，因此不存在上述问题。</P>
<P>结 论：</P>
<P>
在ARM嵌入式系统中，当把一个内存区域初始化为某个结构体时，必须注意字节对齐的情况。如果该内存起始地址为非对齐地址，不仅得不到预期的结果，还可能导致一些很奇怪的让人无法理解表面问题。在C层面上不太容易观察到这些问题的实质，只有深入到汇编一层去分析程序，才可能理解这些现象的深层原因。</P>
<P> </P>
<P><BR> </P>
<P></P>
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href="http://blog.ednchina.com/10048/Category.aspx">ARM</A> | 用户分类:
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