arm程序由于字节对齐引起问题深入分析

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1、ARM程序由于字节对齐引起的问题深入分析首先说说，什么叫对齐。如果一个数据是从偶地址开始的连续存储，那么它就是半字对齐，否则就是非半字对齐；半字对齐的特征是bit0=0,其他位为任意值。字对齐的特征是bit1=0,bit0=1,其他位为任意值。如果一个数据是以能被4整除的地址开始的连续存储，那么它就是字对齐，否则就是非字对齐。举例说明四字节对齐：对内存进行操作时，被访问的地址必须为4的倍数。如果分配到的地址的地址不是4的倍数时，CPU实际访问的地址还是按照字对齐的方式来操作。也就是自动屏蔽bit1和bit0.用ADS的ARMCComplier下OptimizationLevel

2、可能引起问题，其中的一个问题就是字节对齐的问题。下面讲讲问题的现象及实质。当时问题的现象是：程序使用一公共变量Buf创建队列，如果ADS编译优化选项采用Minium则软件工作正常；源码不变，如果采用ALL优化，则不正常，数据紊乱且无法工作。为了发现问题，我们分别用Minium和ALL编译，在反汇编条件下单步跟踪程序，观察CPU寄存器和内存变量的变化情况。发现在Minium模式下，编译器把队列内存块Uart0TxBuf分配到的地址是0x400015cc,这个地址是一个4字节对齐的地址，而在ALL模式下，编译器把Buf分配的地址是0x400015c2，这个地址是一个非4字节对齐的地

3、址。正是由于这个非4字节对齐的地址导致了问题的发生。问题发生在QueueCreate(void*Buf,uint32SizeOfBuf,uint8(*ReadEmpty)(),uint8(*WriteFull)())这个函数里，问题是如何发生的，在了解问题发生的机理前，先了解QueueCreate这个函数的工作原理。QueueCreate工作原理是，首先把buf指向的内存初始化为DataQueue格式的结构体。DataQueue的结构体格式如下：typedefstruct{QUEUE_DATA_TYPE*Out;/*指向数据输出位置*/QUEUE_DATA_TYPE*In;/*

4、指向数据输入位置*/QUEUE_DATA_TYPE*End;/*指向Buf的结束位置*/uint16NData;/*队列中数据个数*/uint16MaxData;/*队列中允许存储的数据个数*/uint8(*ReadEmpty)();/*读空处理函数*/uint8(*WriteFull)();/*写满处理函数*/QUEUE_DATA_TYPE*Buf;/*存储数据的空间*/}DataQueue;从结构体可以看出，结构体字节类型在内存分配为：4字节指针变量（*Out）、4字节指针变量（*In）、4字节指针变量（*End）、2字节变量NData、2字节变量MaxData、4字节函数

5、指针变量ReadEmpty（）、4字节函数指针变量（WriteFull（））观察结构体起始地址放在非对齐时会出现什么情况。起始地址为0x400015c2时的由编译器分配得到的地址实际操作地址*Out0x400015c2~0x400015c50x40015c0~0x400015c3*In0x400014c6~0x400015c9x400014c4~0x400015c7*End0x400015ca~0x400015cd0x400015c8~0x400015cb从表中可以看出，实际操作的地址按照4字节对齐格式得到。例如，当执行*Out进行操作时，自动屏蔽bit1和bit0,因此实际发

6、生变化的是0x40015c0~0x400015c3，而不是0x400015c2~0x400015c5，由于实际操作地址和编译器分配地址互相覆盖，当对*In操作时，会导致*Out一起变化，对*End操作时，*In也跟着变化。正是由于非对齐的原因导致创建队列和对列操作完全错误。当内存起始地址为4字节对齐地址的情况时，编译器分配地址和实际地址一致，因此不存在上述问题。结论：在ARM嵌入式系统中，当把一个内存区域初始化为某个结构体时，必须注意字节对齐的情况。如果该内存起始地址为非对齐地址，不仅得不到预期的结果，还可能导致一些很奇怪的让人无法理解表面问题。在C层面上不太容易观察到这些问题

7、的实质，只有深入到汇编一层去分析程序，才可能理解这些现象的深层原因。前言ARM流行已久，做嵌入式开发的不知道ARM不大可能。鉴于其所具备的较低功耗下的较高性能，也就成了大多数嵌入式设备的首选不过对于刚上手的人来说，有可能会遇到一些稀奇古怪的问题。毕竟大部分人都习惯了IA-32下的程序设计，虽然两者都是32位的构完全不同，于是也导致了一些隐含的问题。这里想描述一下一个有点蛊惑的问题，即在ARM上访问非对齐地址内容，会出现所问题。ARM内存访问的对齐问题按照ARM文档上的描述，其访问规则如下：1