gcc 总是可以生成字访问寄存器吗？答案

【问题标题】：can gcc always generate word access to register?gcc 总是可以生成字访问寄存器吗？
【发布时间】：2017-09-09 01:04:50
【问题描述】：

我在 ARMv7 平台上工作，遇到了寄存器访问问题。设备模块中的寄存器对访问有很强的WORD要求：

typedef unsigned char u8;
struct reg {
    u8 byte0; u8 byte1; u8 byte2; u8 byte3;
};

当尝试这样的c代码时：reg.byte0 = 0x3，通常gcc会生成类似LDRB r1, [r0]的汇编代码，这个字节操作会导致我平台的未定义行为。它有一个选项，以便 gcc 将生成代码“读取 reg，掩码 byte0”，然后生成一个双字“LDR r1，[r0]”而不是“LDRB”操作码?

更新：我想访问的目的地是 SOC 上的设备寄存器。它有 4 个字段，我们使用一个表示该寄存器的结构。访问byte0 字段如reg.byte0 = 3 通常会生成字节访问汇编代码。我想知道这种c 代码reg.byte0=3 是否可以组装成字访问（32 位，LDR）代码。真的很抱歉我的英语不好！

更新：该示例只是对现实世界的简化。并且volatile 和内存屏障 也用于linux 驱动程序。只是忘记添加示例。这是我正在研究的ARM11。 1) 似乎memcpy 对我不好，因为不同的寄存器有不同的字段，我不能写所有的访问内联函数 2) 使用union 似乎很有效，我会在完成测试时更新结果。

UPDATE2：只需测试union，它仍然无法在我的平台上运行。我认为更好的方法是使用显式字访问并且不要混淆编译器。

UPDATE3：似乎其他人发布了完全相同的问题，并且已经解决。 Force GCC to access structs with words

谢谢你们！

【问题讨论】：

什么是u8？使用标准的固定宽度类型。而LDR 使用一个字（即 32 位）访问。下降将是 64 位访问，即LDRD。不清楚你的问题是什么。如果您想要 32 位访问，请使用 32 位变量。对于 64 位访问，请使用 64 位整数类型。
抱歉声明不清楚：我的意思是 word 访问（32 位），u8 代表 unsigned char。
我相信如果你希望它只作为一个单词被访问，你需要将它声明为volatile int（或者其他一些类似单词的类型，可能是无符号的）。然后，您可以使用辅助函数来加载/存储字节。
在 x86_64 上，如果您删除 volatile int x; struct A { char a,b,c,d; }; void f(){ union { int i; struct A a; } e; e.i=x; e.a.b=3; x=e.i; } 中的 volatile，差异会非常明显。使用 -O3 进行编译时，将提供不带 volatile 的字节访问和带 volatile 的字访问。
如果有可用的标准类型，请不要使用自制类型！这就是stdint.h 的用途！请注意，((un)signed) char 通常不保证为 8 位宽。

标签： c gcc arm

【解决方案1】：

你可以使用内联汇编：

static inline u8 read_reg_b0(const struct reg *rp) __attribute__((always_inline)) {
    struct reg r;
    u32 tmp;
    __asm__("ldr %0, %1" : "=r" (tmp) : "m" (*rp));
    memcpy(&r, &tmp, 4);
    return r.b0;
}
static inline void write_reg_b0(struct reg *rp, u8 b0) __attribute__((always_inline)) {
    struct reg r;
    u32 tmp;
    __asm__("ldr %0, %1" : "=r" (tmp) : "m" (*rp));
    memcpy(&r, &tmp, 4);
    r.b0 = b0;
    memcpy(&tmp, &r, 4);
    __asm__("str %1, %0" : "=m" (*rp) : "r" (tmp));
}

GCC 将优化掉 memcpy 但不能修改汇编指令。

【讨论】：

不需要汇编语言，memcpy 就更少了（反正这里是个坏主意）。
@Olaf 'you can go' 似乎表达了“不需要组装”的观点，但每个人都同意组装可以工作（或者什么都不会）。此外，memcpy 明确表示编译器应将其优化为将“字”传输从设备传输到“内存”影子的最有效方式。对于 OPs 糟糕的问题，这似乎是一个可以接受的答案。 它有 4 个字段，我们使用一个结构来表示这个寄存器。 和 严格的内存排序 直接冲突，解决它的一种方法是使用阴影。
@Olaf ASM 精确保证使用哪条指令访问寄存器，而 memcpy 纯粹是在局部变量上进行安全类型双关。您不能保证第一个使用 union 或 volatile，第二个是明确定义的行为。
@ephemient 1) 您不能使用memcpy 进行类型双关语。 2) 有更简单和正确的方法可以用标准 C 编写它，甚至更快。 memcpy 的开销在嵌入式系统上是不能容忍的，因为此类访问是在中断处理程序等中完成的。
1) 您绝对可以使用 memcpy 进行类型双关语，它在标准 C 中定义良好，不像通过不同的联合字段或指针访问。 stackoverflow.com/q/11639947 2) 在任何优化级别 GCC 都不会调用 memcpy。如果您查看它的汇编器输出，会发现 r 和 tmp 表示内存中的相同字节，它不会生成对其他函数的任何调用，也不会内联 memcpy。