在 'C' 中的结构元素之间手动插入填充字节

Question

我有一组32位寄存器，用于嵌入式应用程序（ARM裸机）中的外设，具有以下字节地址。

CTL 0x0;
统计0x4
TXR 0x8 <-- 不连续地址
RXR 0x20
DAT1 0x30 <-- 不连续地址
DAT2 0x40 <-- 不连续地址
等等

我想将所有这些寄存器分组到一个 C 结构中（它是一个打包结构）

struct my_peri {
     uint32_t CTL;
     uint32_t STAT;
     uint32_t TXR;
     uint32_t RXR;
     uint32_t DAT1;
     uint32_t DAT2;
};
struct my_peri* pPeri0 = (uint32_t*) (BASE_ADDRESS_OF_MY_PERI_0);

现在，如果我访问

pPeri->RXR;  // This will point to (BASE_ADDRESS + 0x10)
             // But the actual address i want to refer is (BASE_ADDRESS + 0x20)

为了获得正确的地址，我手动在

struct my_peri {
     uint32_t CTL;
     uint32_t STAT;
     uint32_t TXR;
     uint32_t RESERVED[4]; // 0x10 to 0x1c
     uint32_t RXR;
     uint32_t RESERVED_1[3]; // 0x24-0x2c
     uint32_t DAT1;
     uint32_t RESERVED_2[3]; // 0x34-0x3c
     uint32_t DAT2;
};

但是，根据外设规范，对 RESERVED、RESERVED_1 和 RESERVED_2 的任何访问都会出错。

Is there a way to add address spacing between the struct elements?
Without adding RESERVED elements
If not, is there a way to group these registers into a single data structure?.
With each register pointing to the right address.

我正在使用 ARM-GCC 工具链。

Answer 1

是的，您可以使用"位字段"在结构中创建未命名的字段：

struct my_peri {
     uint32_t CTL;
     uint32_t STAT;
     uint32_t TXR;
     uint32_t : 32;
     uint32_t RXR;
     uint32_t : 32;
     uint32_t : 32;
     uint32_t : 32;
     uint32_t DAT1;
     uint32_t : 32;
     uint32_t : 32;
     uint32_t : 32;
     uint32_t DAT2;
};

不幸的是，没有数组语法;如果需要，您可以通过将类型更改为uint64_t来折叠要:64的:32对。

如果您的字段都与此示例中的类型相同，另一种方法是将整个内容视为整数数组并使用 enum { CTL = 0, STAT = 1, TXR = 2, RXR = 4, ... } 索引到其中。

Answer 2

要回答您的两个问题，您将不可避免地得到某种虚假的填充元素，因为 C 没有规定强制结构的特定布局。

但是，鉴于您最终拥有稀疏布局，也许实现此目的的更好方法是使用充满指针的结构。这不再以任何方式限制您的布局，在大多数情况下，如果您将指针定义为 const gcc 将完全优化取消引用，甚至应该优化整个数组。我承认这不是你所要求的，但我认为这仍然是解决问题的好方法。您也不再依赖 C 扩展，并希望编译器尊重您的打包和布局要求。

Answer 3

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
#include <inttypes.h>
struct my_peri {
     uint32_t CTL;
     uint32_t STAT;
     uint32_t TXR;
     uint32_t RXR __attribute__((aligned (32)));
     uint32_t DAT1 __attribute__((aligned (16)));
     uint32_t DAT2 __attribute__((aligned (16)));
};
int main(void)
{
     printf("RXR  @%xn", (unsigned) offsetof(struct my_peri, RXR));
     printf("DAT1 @%xn", (unsigned) offsetof(struct my_peri, DAT1));
     printf("DAT2 @%xn", (unsigned) offsetof(struct my_peri, DAT2));
     return 0;
}

输出：

RXR  @20
DAT1 @30
DAT2 @40

请注意，aligned值必须是 2 的幂。但这在这里行得通。