从只读存储器中读取结构

Question

我正在开发一个嵌入式系统，其中一些校准数据存储在闪存中。校准数据存储在一个结构体中，该结构体放置在链接器知道要放置在闪存中的特殊部分中：

struct data_block {
    calibration_data mData;
    uint16_t mCheckSum;
};

//Define to compile the fixed flash location for image data
const data_block __attribute__((section (".caldata"))) gCalibrationData{};

其中calibration_data 是另一个包含实际值的 POD 结构。

问题是，如果我现在只写以下内容：

const data_block data{gCalibrationData};

if (CheckSum(&(data.mData)) == data.mCheckSum) {
    //do stuff
} else {
    //Error
}

这总是转到错误分支，即使闪存中的实际校验和是绝对正确的（写这个有点不同使它工作，见下文）。

这当然是可以理解的：编译器看到一个 const 全局对象，它是默认初始化的，所以它知道所有的值，所以我猜它实际上优化了整个 if（如果我通过 debug-printf 数据uint16_t *，我实际上得到了正确的值）。

我认为正确的方式是定义

const volatile data_block __attribute__((section (".caldata"))) gCalibrationData{};

但是，现在我遇到的问题是我无法将 volatile 结构分配给非易失性，即 const data{gCalibrationData}; 无法编译。如果我尝试通过const volatile data_block * 访问也会出现同样的问题。

至少有两种或三种方法可以完成这项工作，但我不喜欢其中任何一种：

1. 从gCalibrationData 中删除const（和volatile）限定符。但是，这有点像 hack，因为编译器不够聪明，无法保证我的程序中永远不会触及 gCalibrationData，另一方面，我想保留 const 限定符，因为尝试写入 gCalibrationData通过分配是一个硬错误。
2. 通过const gCalibrationData * volatile pData 访问gCalibrationData（是的，volatile 正是我的意思）。通过易变的指针访问会强制编译器实际加载数据。同样，这似乎是一种 hack，因为指针本身当然不是易失性的。
3. 给data_block和calibration_data一个赋值运算符，取const volatile &，并在其中逐个字段地赋值。从语言的角度来看，这似乎是正确的，但是每当calibration_data 更改时，我都需要手动编辑赋值运算符。否则会产生难以检测的错误。

我的问题：读取校准数据的正确方法是什么？我的理想标准是：

• 全局对象本身是const，用于捕获意外写入。
• 没有未定义的行为
• 通过将结构直接分配给另一个结构来访问
• 或者至少这样我就不需要记住在calibration_data 中分配每个原始类型的变量，请参见上面的选项 3。
• 线程安全加分，尽管在我的具体情况下，只有一个线程读取或写入闪存（所有其他“线程”都是中断）。

Answer 1

一种解决方案可能是在单独的源文件中声明一个缓冲区，通知链接器data_block 的大小，然后将gCalibrationData 定义为一个符号，其值为该缓冲区的开头：

data_block.cpp：

//no initialization performed here, just used to
//transmit to the linker the information of the size
//and alignment of data_block
extern "C"{//simpler name mangling
[[gnu::section(".caldata")]] volatile
aligned_storage<sizeof(data_block),alignof(data_block)> datablock_buffer;
}

//then we specify that gCalibrationData refers to this buffer
extern const volatile data_block
gCalibrationData [[gnu::alias("datablock_buffer")]];

另外，gCalibrationData 符号的定义可以通过链接描述文件完成：

SECTIONS{
  .caldata : {
    gCalibrationData = . ;
    data_block.o(.caldata)
    }
  }

gCalibrationData 是data_block_buffer 的别名。这不会导致未定义的行为，因为语言允许这样的别名：data_block_buffer provides storage for gCalibrationData。

在语义上，extern 说明符用于表示此声明不是gCalibrationData 值的定义。不过alias 属性是链接器符号的定义。

data_block.hpp

extern const volatile data_block gCalibrationData;

//and copy must be enabled for volatile:
struct data_block{
  /*...*/
  data_block(const data_block&) =default; 

  data_block& operator=(const data_block&) =default;

  data_block(const volatile data_block& other){
    //the const cast means: you are responsible not to 
    //perform this operation while performing a rom update.
    memcpy(this,const_cast<const data_block*>(&other);
    }

  data_block& operator=(const volatile data_block& other){
    memmove(this,const_cast<const data_block*>(&other);
    //or memcpy if you are sure a self assignment will never happen.
    return *this;
    }
  };

Answer 2

最实用的方法是丢失const。通过严格阅读该标准，gCalibrationData 不应允许为 const，因为写入 const 对象（无论是谁执行此操作）都会导致未定义的行为。

如果做不到这一点，只需将其定义为 extern const （并且，如果需要安抚链接器，请将非 extern 定义放在它自己的翻译单元中。这将使您进行 const 正确性检查，允许例如，编译器根据校准数据的初始值进行提升优化，同时仍然阻止它在编译时对这些值做出任何特定假设。