了解#define 预处理器指令宏语法

Question

以下代码取自LPC54618.h头文件：

typedef struct {
     //...structure elements
     __IO uint32_t SDIOCLKSEL;
     //...more elements

} SYSCON_Type;

#define SYSCON_BASE         (0x40000000u)
#define SYSCON              ((SYSCON_Type *)SYSCON_BASE)

1. 据我所知，这句话背后的意思

   #define SYSCON ((SYSCON_Type *)SYSCON_BASE)

我假设它创建了一个名为SYSCON 的指针，该指针指向一个类型为SYSCON_Type 的变量，该变量存储在地址0x40000000u 中。这真的会发生吗？是否有任何资源可以解释这里使用的语法（即在宏中定义指针）？

1. 当我尝试直接更改 SDIOCLKSEL 的值时，即：

   SYSCON->SDIOCLKSEL = some value;

   我收到一个错误：

   error: expected ')' error: expected parameter declarator error: expected ')' error: expected function body after function declarator

但如果我在函数中使用它，例如：

void foo(void)
{
   SYSCON->SDIOCLKSEL = some value;  
}

没有错误。这是为什么？为什么我不能直接写入结构？

任何答案将不胜感激！

Answer 1

#define SYSCON_BASE         (0x40000000u)

这只是列出物理地址0x40000000。

#define SYSCON ((SYSCON_Type *)SYSCON_BASE)

这通过强制转换将整数常量0x40000000u 转换为指向结构的指针。它实际上并没有分配任何东西——实际的寄存器已经被分配为内存映射硬件。

简单地说，它说“在地址 0x40000000 有一个硬件外围设备SYSCON”（不管是什么，一些计时器？）。一个常见的情况是，您在 MCU 中拥有多个相同类型的硬件外围设备（许多 SPI、ADC 等），每个外围设备都具有相同的寄存器布局，但位于不同的地址。我们可以为每个这样的外设使用相同的结构类型，也可以使用相同的驱动代码。

结构本身将有一个内存映射，它 100% 对应于寄存器布局。在这里确保填充/对齐不会搞砸很重要，但希望 MCU 制造商已经想到了这一点（尽管不要认为这是理所当然的）。

假设SDIOCLKSEL的寄存器偏移量为0x10，那么当你输入SYSCON->SDIOCLKSEL = some value;时，你会得到这样的机器码（伪汇编代码）：

LOAD 0x40000000 into index register X  
LOAD 0x10 into register A
ADD A to X
MOVE some value into the address of X

（ARM 有特殊指令可以根据偏移量移动等，因此实际机器代码中的指令可能更少。随后的寄存器访问可以保持“X”不变并重复使用该基地址，以获得有效的代码。）

__IO 限定符只是隐藏volatile 的代码膨胀。

尝试“直接写入结构”时出现错误的原因很简单，您无法在所有函数之外执行代码，它与此结构无关。

Answer 2

这很容易。

它创建了一个名为 SYSCON 的指针，指向一个变量 类型 SYSCON_Type 存储在地址 0x40000000u。这是 真的会发生什么？

是和不是。当你使用宏 SYSCON

void foo(uint32_t value)
{
   SYSCON->SDIOCLKSEL = value;
}

预处理器转换为：

void foo(uint32_t value)
{
  ((SYSCON_Type *)0x40000000u)->SDIOCLKSEL = value;
}

将 32 位无符号 value 写入地址 0x40000000u + 结构成员偏移量的内存位置。

通常用于访问映射到内存地址空间的硬件寄存器。

你需要在函数内部完成（所有代码都是 C 语言）