嵌入式開發(fā)中數(shù)值常量如何轉(zhuǎn)化為內(nèi)存地址？

最近在使用Nordic的最新藍(lán)牙芯片nRF52832開發(fā)過程中，因?yàn)樽鲆恍y(cè)試涉及到對(duì)內(nèi)存地址的操作，有(*(volatile unsigned int *)0xE000EDFC)的用法然后進(jìn)行宏定義，本文將解析一下這種用法。

代碼解析

先來看下面一段代碼：

#define ARM_CM_DEMCR (*(volatile unsigned int *)0xE000EDFC)
#define ARM_CM_DWT_CTRL (*(volatile unsigned int *)0xE0001000)
#define ARM_CM_DWT_CYCCNT (*(volatile unsigned int *)0xE0001004)

這段代碼的結(jié)構(gòu)分析一下，由于nRF52832是Cotex-M4內(nèi)核的，在ARM處理器中，只能識(shí)別為一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)值，具體是數(shù)據(jù)還是地址，它并不能自動(dòng)區(qū)分。

而使用(unsigned int *)0xE000EDFC，對(duì)此數(shù)據(jù)進(jìn)行強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，表明此數(shù)值為一個(gè)無符號(hào)整型地址指針值，關(guān)鍵字volatile告訴編譯器它指向的內(nèi)容是易變的，可能會(huì)被硬件等意外地修改；

*(volatile unsigned int *)0xFFE00000，則是獲取指針?biāo)赶虻刂诽幍膬?nèi)容；

把#define宏中的參數(shù)用括號(hào)括起來，在用戶程序中對(duì)ARM_CM_DEMCR的操作，就等同于在0xE000EDFC地址上進(jìn)行讀寫操作了。

應(yīng)用

上面說到了，在32位處理器，要對(duì)一個(gè)32位的內(nèi)存地址進(jìn)行訪問，然后進(jìn)行讀寫操作

tmp = ARM_CM_DEMCR；//讀
ARM_CM_DEMCR = 0x55；//寫

使用volatile修飾是因?yàn)樗闹悼赡軙?huì)改變，我們假設(shè)在一個(gè)循環(huán)操作中需要不停地判斷一個(gè)內(nèi)存數(shù)據(jù)，例如要等待ARM_CM_DEMCR的flag標(biāo)志位置位，因?yàn)锳RM_CM_DEMCR是映射在SRAM空間，為了加快速度，編譯器可能會(huì)編譯出這樣的代碼：把ARM_CM_DEMCR讀取到寄存器中，然后不停地判斷寄存器相應(yīng)位,而不會(huì)再讀取ARM_CM_DEMCR.

而實(shí)際工程中，程序例如中斷事件會(huì)改變ARM_CM_DEMCR，而寄存器相應(yīng)位沒有更新，會(huì)造成死循環(huán)了。如果volatile來修飾，那每次要操作一個(gè)變量的時(shí)候會(huì)都從內(nèi)存中讀取一次。

嵌入式系統(tǒng)編程中要求程序員能夠利用C語言訪問固定的內(nèi)存地址。既然是個(gè)地址，那么按照C語言的語法規(guī)則，這個(gè)表示地址的量應(yīng)該是指針類型。

對(duì)于不同的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，設(shè)備可能是端口映射，也可能是內(nèi)存映射的。如果系統(tǒng)結(jié)構(gòu)支持獨(dú)立的IO地址空間，并且是端口映射，就必須使用匯編語言完成實(shí)際對(duì)設(shè)備的控制，因?yàn)镃語言并沒有提供真正的“端口”的概念。

volatile關(guān)鍵字的用途

volatile的意思是告訴編譯器，在編程源代碼時(shí)，對(duì)這個(gè)變量不要使用優(yōu)化，C語言中可能會(huì)優(yōu)化一些運(yùn)算過程中的變量值導(dǎo)致最后的結(jié)果不對(duì)，這里就不多說了。

volatile還可以防止編譯器優(yōu)化去掉某些語句，在arm中假如需要寫1清中斷，舉例子如下：

#define INTPAND *(volatile unsigned int *)0x560012300
INTPAND = INTPAND; // 清中斷

INTPAND = INTPAND;這種操作，如果沒有volatile修飾，編譯器就很有可能會(huì)去掉INTPAND = INTPAND;，相當(dāng)于沒這句話了。

在嵌入式編程中，當(dāng)?shù)刂肥莍o端口的時(shí)候，讀寫這個(gè)地址是不能對(duì)它進(jìn)行緩存的（有cache才），比如寫這個(gè)io端口的時(shí)候，如果沒有volatile修飾，編譯器會(huì)先把值先寫到一個(gè)緩沖區(qū)，到一定時(shí)候再寫到io端口，這樣就不能使數(shù)據(jù)及時(shí)的寫到io端口，有了volatile修飾就會(huì)直接寫到io端口，從而避免了讀寫io端口的延時(shí)。

編譯器對(duì)代碼的優(yōu)化

再說說編譯器的優(yōu)化，CPU在執(zhí)行的過程中，因?yàn)樵L問內(nèi)存的速度遠(yuǎn)沒有cpu的執(zhí)行速度快，為了提高效率，引入了高速緩存cache。

C編譯器在編譯時(shí)如果不知道變量會(huì)被其它外部因素(操作系統(tǒng)、硬件或者其它線程)修改，那么就會(huì)對(duì)該變量進(jìn)行優(yōu)化（當(dāng)然也有些IDE可以設(shè)置優(yōu)化等級(jí)），這個(gè)變量在CPU的執(zhí)行過程中會(huì)被放到高速緩存cache去，進(jìn)而達(dá)到對(duì)變量的快速訪問。

在一些寄存器變量或數(shù)據(jù)端口的使用中，因?yàn)榧拇嫫髯兞勘旧硪彩强縞ache來處理，為了避免引起錯(cuò)誤，也可以使用volatile修飾符。

如果變量是被外部因素改變，那么cpu就無法判斷出這個(gè)變量已經(jīng)被改變，那么程序在執(zhí)行的過程中如果使用到該變量，還會(huì)繼續(xù)使用cache中的變量（已經(jīng)改變），需要到內(nèi)存地址中更新，所以變量在執(zhí)行的過程中不能被放到cache中。

總結(jié)

使用volatile的目的就是讓對(duì)volatile變量的存取不能緩存到寄存器，每次使用時(shí)需要重新存取。在嵌入式開發(fā)中這種用法很常見也很關(guān)鍵，需要掌握。

參考：https://blog.csdn.net/u010404580/article/details/11638619