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【烧脑技术贴】无法回避的字节对齐问题,从八个方向深入探讨(变量对齐,栈对齐,DMA对齐,结构体成对齐,Cache, RTOS双堆栈等)

【本文为安富莱电子原创】 本期的知识点要稍微烧点脑细胞,因为字节对齐问题涉及到的地方太多,且无法规避,必须硬着头皮上。 下面要说的每个技术点,其实都可以专门开一个帖子说,所以我们这里的讨论,争取言简意赅,并配上官方文档和实验数据,力求有理有据。如果讲解有误的地方,欢迎大家指正,我们主要讨论M0,M0+, M3,M4和M7内核。 一、引出问题: 字节对齐的含义:4字节对齐的含义就是变量地址对4求余数为0; 8字节对齐就是地址对8求余等于0,依次类推: 比如 uint32_t *p; p=(uint32_t *)0x20000004; 这个地址是4字节对齐。 如果让p去访问0x20000001, 0x20000002,0x20000003这都是不对齐访问。 二、背景知识: 对于M3和M4而言,可以直接访问非对齐地址(注意芯片要在这个地址有对应的内存空间), 因为M3和M4是支持的,而M0/M0+/M1是不支持的,不支持内核芯片,只要非对齐访问就会触发硬件异常。

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嵌入式裸板开发之中断与异常(一)

1.ARM对于异常(中断)的使用过程   (1)初始化:设置中断源让它产生中断;设置中断控制器(屏蔽,优先级);设置CPU总开关(使能中断)   (2)执行程序   (3)产生中断   (4)CPU每执行完一条指令,都会检查有无中断/异常产生。   (5)发现有中断/异常产生,开始处理。对于不同的异常,会跳去不同的地址执行程序。这些地址上,只是一条跳转指令,跳去执行某个函数。   (6)这些函数做:保存现场(各类寄存器);处理异常,再调用不同的函数;恢复现场   PS:中断程序怎么被调用?CPU强制跳转到某个地方,在该地方放置跳转指令跳转到其他函数,其他函数来做(6)中的事情。  2.CPU模式(mode)状态(state)与寄存器  (1)ARM CPU七种模式:USR(用户模式),SYS(系统模式),异常模式。其中,异常模式又分为UND(未定义模式),SVC(管理模式),ABT(中止模式),IRQ(中断模式),FIQ(快中断模式)。除了USR模式外,其他模式之间都可以随意切换,被称为特权模式,可以直接操作CPSR寄存器进入其他模式。

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ARM的体系结构。

1.1 Application Cortex Processors (ARM Cortex 应用处理器 )  • Cortex™-A 系列 - 开放式操作系统的高性能处理器  Cortex 应用处理器在先进工艺节点中可实现高达 2GHz+ 标准频率的卓越性能,从而可支持下一代的移动 Internet 设备。这些处理器具有单核和多核种类,最多提供四个具有可选 NEON™ 多媒体处理模块和先进浮点执行单元的处理单元。  所有 Cortex-A 处理器都共享共同的体系结构和功能集。 这使其成为开放式平台设计的最佳解决方案,因为此时不同设计之间软件的兼容性和可移植性最重要:  ARMv7-A 体系结构  对所有操作系统的支持  Linux 完整分配 - Android、Chrome、Ubuntu 和 Debian  Linux 第三方 - MontaVista、QNX、Wind River  Symbian  Windows CE  需要使用内存管理单元的其他操作系统支持  指令集支持 - ARM、Thumb-2、Thumb、Jazelle®、DSP  TrustZone® 安全扩展  高级单精度和双精度浮点支持  NEON™ 媒体处理引擎

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ARM指令集

ARM指令的基本格式为: <Opcode> {<Cond>} {S} <Rd>, <Rn> { , <Opcode2> } 其中,<>内的项是必需的,{}内的项是可选的。 1)Opcode项 Opcode是指令助记符,即操作码,说明指令需要执行的操作,在指令中是必需的。 2)Cond项(command) Cond项表明了指令的执行的条件,每一条ARM指令都可以在规定的条件下执行,每条ARM指令包含4位的条件码,位于指令的最高4位[31:28]。 条件码共有16种,每种条件码用2个字符表示,这两个字符可以添加至指令助记符的后面,与指令同时使用。 当指令的执行条件满足时,指令才被执行,否则指令被忽略。如果在指令后不写条件码,则使用默认条件AL(无条件执行)。 指令的条件码 条 件 码 助记符后缀 标 志 含 义 0000 EQ Z置位 相等equal 0001 NE Z清零 不相等not equal 0010 CS C置位 无符号数大于或等于Carry Set 0011 CC C清零 无符号数小于 0100 MI N置位 负数minus 0101 PL N清零 正数或零plus 0110 VS V置位 溢出 0111 VC V清零 没有溢出 1000 HI C置位Z清零 无符号数大于high 1001 LS Z置位C清零 无符号数小于或等于less 1010 GE N等于V 带符号数大于或等于 1011 LT N不等于V 带符号数小于least 1100 GT Z清零且(N等于V) 带符号数大于great 1101 LE Z清零或(N不等于V) 带符号数小于或等于 1110 AL 忽略 无条件执行all 1111 条件码应用举例: 例:比较两个值大小,并进行相应加1处理,C语言代码为: if ( a > b ) a++; else b++; 对应的ARM指令如下(其中R0中保存a 的值,R1中保存b的值): CMP R0, R1 ; R0与R1比较,做R0-R1的操作 ADDHI R0, R0, #1 ;若R0 > R1, 则R0 = R0 + 1 ADDLS R1, R1, #1 ; 若R0 <= R1, 则R1 = R1 + 1 CMP比较指令,用于把一个寄存器的内容和另一个寄存器的内容或一个立即数进行比较,同时更新CPSR中条件标志位的值。指令将第一操作数减去第二操作数,但不存储结果,只更改条件标志位。 CMP R1, R0 ;做R1-R0的操作。 CMP R1,#10 ;做R1-10的操作。 3)S项(sign) S项是条件码设置项,它决定本次指令执行的结果是否影响至CPSR寄存器的相应状态位的值。该项是可选的,使用时影响CPSR,否则不影响CPSR。 4)

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