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）中的外围设备，具有以下字节地址。

CTL 0x0;
状态 0x4
TXR 0x8 <-- 不连续地址
接收器 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（它是一个压缩结构）

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，我手动添加了一些元素

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;
};

但是任何对 RESERVED、RESERVED_1 和 RESERVED_2 的访问都会根据外设规范给出错误。

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:32到:64对。

另一种方法是，如果您的字段与本示例中的所有字段类型相同，则将整个事物视为整数数组，并使用enum { CTL = 0, STAT = 1, TXR = 2, RXR = 4, ... } 。

Answer 2

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

但是，考虑到您最终拥有稀疏布局，实现这一点的更好方法可能是使用一个充满指针的结构。 这不再以任何方式限制您的布局，并且在大多数情况下，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。 我承认这不完全是您所要求的，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  @%x\n", (unsigned) offsetof(struct my_peri, RXR));
     printf("DAT1 @%x\n", (unsigned) offsetof(struct my_peri, DAT1));
     printf("DAT2 @%x\n", (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。