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    嵌入式高手煉成之內存操作

    • 發布:嵌入式培訓
    • 來源:嵌入式教程
    • 時間:2020-07-10 14:37

    在嵌入式系統的編程中,常常要求在特定的內存單元讀寫內容,匯編有對應的MOV指令,而除C/C++以外的其它編程語言基本沒有直接訪問絕對地址的能力。在嵌入式系統的實際調試中,多借助C語言指針所具有的對絕對地址單元內容的讀寫能力。以指針直接操作內存多發生在如下幾種情況:

    (1) 某I/O芯片被定位在CPU的存儲空間而非I/O空間,而且寄存器對應于某特定地址;

    (2) 兩個CPU之間以雙端口RAM通信,CPU需要在雙端口RAM的特定單元(稱為mail box)書寫內容以在對方CPU產生中斷;

    (3) 讀取在ROM或FLASH的特定單元所燒錄的漢字和英文字模。

    比如:

    unsigned char *p = (unsigned char *)0xF000FF00;

    *p="11";

    以上程序的意義為在絕對地址0xF0000+0xFF00(80186使用16位段地址和16位偏移地址)寫入11。

    在使用絕對地址指針時,要注意指針自增自減操作的結果取決于指針指向的數據類別。上例中p++后的結果是p= 0xF000FF01,若p指向int,即:

    int *p = (int *)0xF000FF00;

    p++(或++p)的結果等同于:p = p+sizeof(int),而p-(或-p)的結果是p = p-sizeof(int)。

    記住:CPU以字節為單位編址,而C語言指針以指向的數據類型長度作自增和自減。理解這一點對于以指針直接操作內存是相當重要的。

    函數指針

    首先要理解以下三個問題:

    (1)C語言中函數名直接對應于函數生成的指令代碼在內存中的地址,因此函數名可以直接賦給指向函數的指針;

    (2)調用函數實際上等同于"調轉指令+參數傳遞處理+回歸位置入棧",本質上最核心的操作是將函數生成的目標代碼的首地址賦給CPU的PC寄存器;

    (3)因為函數調用的本質是跳轉到某一個地址單元的code去執行,所以可以"調用"一個根本就不存在的函數實體,暈?請往下看:

    請拿出你可以獲得的任何一本大學《微型計算機原理》教材,書中講到,186 CPU啟動后跳轉至絕對地址0xFFFF0(對應C語言指針是0xF000FFF0,0xF000為段地址,0xFFF0為段內偏移)執行,請看下面的代碼:

    typedef void (*lpFunction) ( ); /* 定義一個無參數、無返回類型的 */

    /* 函數指針類型 */

    lpFunction lpReset = (lpFunction)0xF000FFF0; /* 定義一個函數指針,指向*/

    /* CPU啟動后所執行第一條指令的位置 */

    lpReset(); /* 調用函數 */

    在以上的程序中,我們根本沒有看到任何一個函數實體,但是我們卻執行了這樣的函數調用:lpReset(),它實際上起到了"軟重啟"的作用,跳轉到CPU啟動后第一條要執行的指令的位置。

    記住:函數無它,唯指令集合耳;你可以調用一個沒有函數體的函數,本質上只是換一個地址開始執行指令!

    數組vs.動態申請

    在嵌入式系統中動態內存申請存在比一般系統編程時更嚴格的要求,這是因為嵌入式系統的內存空間往往是十分有限的,不經意的內存泄露會很快導致系統的崩潰。

    所以一定要保證你的malloc和free成對出現,如果你寫出這樣的一段程序:

    char * function(void)

    {

    char *p;

    p = (char *)malloc(…);

    if(p==NULL)

    …;

    /* 一系列針對p的操作 */

    return p;

    }

    在某處調用function(),用完function中動態申請的內存后將其free,如下:

    char *q = function();

    free(q);

    上述代碼明顯是不合理的,因為違反了malloc和free成對出現的原則,即"誰申請,就由誰釋放"原則。不滿足這個原則,會導致代碼的耦合度增大,因為用戶在調用function函數時需要知道其內部細節!

    正確的做法是在調用處申請內存,并傳入function函數,如下:

    char *p="malloc"(…);

    if(p==NULL)

    …;

    function(p);

    free(p);

    p="NULL";

    而函數function則接收參數p,如下:

    void function(char *p)

    {

    /* 一系列針對p的操作 */

    }

    基本上,動態申請內存方式可以用較大的數組替換。對于編程新手,筆者推薦你盡量采用數組!嵌入式系統可以以博大的胸襟接收瑕疵,而無法"海納"錯誤。畢竟,以最笨的方式苦練神功的郭靖勝過機智聰明的楊康。

    給出原則:

    (1)盡可能的選用數組,數組不能越界訪問(真理越過一步就是謬誤,數組越過界限就光榮地成全了一個混亂的嵌入式系統);

    (2)如果使用動態申請,則申請后一定要判斷是否申請成功了,并且malloc和free應成對出現!

    const在C++語言中則包含了更豐富的含義,而在C語言中僅意味著:"只能讀的普通變量",可以稱其為"不能改變的變量"(這個說法似乎很拗口,但卻最準確的表達了C語言中const的本質),在編譯階段需要的常數仍然只能以#define宏定義!故在C語言中如下程序是非法的:

    關鍵字const

    const意味著"只讀"。區別如下代碼的功能非常重要,也是老生長嘆,如果你還不知道它們的區別,而且已經在程序界摸爬滾打多年,那只能說這是一個悲哀:

    const int a;

    int const a;

    const int *a;

    int * const a;

    int const * a const;

    const int SIZE = 10;

    char a[SIZE]; /* 非法:編譯階段不能用到變量 */

    關鍵字volatile

    volatile變量可能用于如下幾種情況:

    (1) 并行設備的硬件寄存器(如:狀態寄存器,例中的代碼屬于此類);

    (2) 一個中斷服務子程序中會訪問到的非自動變量(也就是全局變量);

    (3) 多線程應用中被幾個任務共享的變量。

    最后,達內嵌入式培訓機構提醒每一個it愛好者:如果你想要在短時間內快速入門,順利掌握一門技術,建議還是認真學習視頻。多練習,多動手。

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