ARM體系結(jié)構(gòu)下的程序設(shè)計經(jīng)驗

ARM體系結(jié)構(gòu)下的程序設(shè)計經(jīng)驗RM系列處理器是RISC(ReducdedInSTructiONSetComputing)處理器。很多基于ARM的高效代碼的程序設(shè)計策略都源于RISC處理器。和很多RISC處理器一樣，ARM系列處理器的內(nèi)存訪問，也要求數(shù)據(jù)對齊，即存取“字(Word)”數(shù)據(jù)時要求四字節(jié)對齊，地址的bits[1：0]==0b00;存取“半字(Halfwords)”時要求兩字節(jié)對齊，地址的bit[0]==0b0;存取“字節(jié)(Byte)”數(shù)據(jù)時要求該數(shù)據(jù)按其自然尺寸邊界(NaturalSizeBoundary)定位。

ARM編譯程序通常將全局變量對齊到自然尺寸邊界上，以便通過使用LDR和STR指令有效地存取這些變量。這種內(nèi)存訪問方式與多數(shù)CISC(ComplexInstructionSetComputing)體系結(jié)構(gòu)不同，在CISC體系結(jié)構(gòu)下，指令直接存取未對齊的數(shù)據(jù)。因而，當(dāng)需要將代碼從CISC體系結(jié)構(gòu)向ARM處理器移植時，內(nèi)存訪問的地址對齊問題必須予以注意。在RISC體系結(jié)構(gòu)下，存取未對齊數(shù)據(jù)無論在代碼尺寸或是程序執(zhí)行效率上，都將付出非常大的代價。

本文將從以下幾個方面討論在ARM體系結(jié)構(gòu)下的程序設(shè)計問題。

未對齊的數(shù)據(jù)指針

C和C++編程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，指向某一數(shù)據(jù)類型的指針，必須和該類型的數(shù)據(jù)地址對齊方式一致，所以ARM編譯器期望程序中的C指針指向存儲器中字對齊地址，因為這可使編譯器生成更高效的代碼。

比如，如果定義一個指向int數(shù)據(jù)類型的指針，用該指針讀取一個字，ARM編譯器將使用LDR指令來完成此操作。如果讀取的地址為四的倍數(shù)(即在一個字的邊界)即能正確讀取。但是，如果該地址不是四的倍數(shù)，那么，一條LDR指令返回一個循環(huán)移位結(jié)果，而不是執(zhí)行真正的未對齊字載入。循環(huán)移位結(jié)果取決于該地址向?qū)τ谧值倪吔绲钠屏亢拖到y(tǒng)所使用的端序(Endianness)。例如，如果代碼要求從指針指向的地址0x8006載入數(shù)據(jù)，即要載入0x8006、0x8007、0x8008和0x8009四字節(jié)的內(nèi)容。但是，在ARM處理器上，這個存取操作載入了0x8004、0x8005、0x8006和0x8007字節(jié)的內(nèi)容。這就是在未對齊的地址上使用指針存取所得到的循環(huán)移位結(jié)果。

因而，如果想將指針定義到一個指定地址(即該地址為非自然邊界對齊)，那么在定義該指針時，必須使用__packed限定符來定義指針：例如，

__packedint*pi;//指針指向一個非字對其內(nèi)存地址

使用了_packed限定符限定之后，ARM編譯器將產(chǎn)生字節(jié)存取命令(LDRB或STRB指令)來存取內(nèi)存，這樣就不必考慮指針對齊問題。所生成的代碼是字節(jié)存取的一個序列，或者取決于編譯選項、跟變量對齊相關(guān)的移位和屏蔽。但這會導(dǎo)致系統(tǒng)性能和代碼密度的損失。

值得注意的是，不能使用__packed限定的指針來存取存儲器映射的外圍寄存器，因為ARM編譯程序可使用多個存儲器存取來獲取數(shù)據(jù)。因而，可能對實際存取地址附近的位置進行存取，而這些附近的位置可能對應(yīng)于其它外部寄存器。當(dāng)使用了位字段(Bitfield)時，ARM程序?qū)⒃L問整個結(jié)構(gòu)體，而非指定字段。

編譯器的缺省行為

多數(shù)嵌入式應(yīng)用程序最初都是在原型環(huán)境下開發(fā)的。無論什么樣的原型環(huán)境的資源與最終產(chǎn)品環(huán)境都是有差異的。因此，考慮如何將嵌入式應(yīng)用程序從其所依賴的開發(fā)工具或調(diào)試環(huán)境中移植到在目標(biāo)硬件上獨立運行是非常重要的。

開始編寫嵌入式應(yīng)用程序時，開發(fā)者可能并不清楚目標(biāo)硬件的具體規(guī)格。如，目標(biāo)系統(tǒng)使用了什么樣的外圍設(shè)備、存儲器映射情況甚至不能確定處理器的型號。為在了解這些詳細信息前能夠繼續(xù)軟件的開發(fā)，RVCT工具提供了很多默認(rèn)的操作，使用戶能編譯和調(diào)試與目標(biāo)系統(tǒng)無關(guān)的應(yīng)用程序代碼。下面詳細介紹介紹這些編譯選項，只有深入了解這些編譯選項設(shè)置，才能使開發(fā)更順利的進行。

調(diào)整C庫使其適應(yīng)目標(biāo)硬件

默認(rèn)情況下，C庫利用semihostig機制來提供設(shè)備驅(qū)動級的功能，使得主機主機能夠用作輸入和輸出設(shè)備。這種機制對于嵌入式開發(fā)十分有用，因為用于開發(fā)的硬件系統(tǒng)通常沒有最終系統(tǒng)的輸入和輸出設(shè)備。

最簡單的函數(shù)重定向的例子就是用戶希望fputc()函數(shù)能夠?qū)⒆址麖哪繕?biāo)系統(tǒng)的串口輸出而不是在調(diào)試時，將字符從調(diào)試器的控制臺輸出。這時就需要重新實現(xiàn)該函數(shù)。下面的例子將fputc()的輸