c++ - 从只读内存中读取结构

Question

我正在开发一个嵌入式系统，其中一些校准数据存储在闪存中。校准数据存储在一个结构中，该结构位于链接器知道要放置在闪存中的特殊部分中:

struct data_block {
    calibration_data mData;
    uint16_t mCheckSum;
};

//Define to compile the fixed flash location for image data
const data_block __attribute__((section (".caldata"))) gCalibrationData{};

其中 calibration_data 是另一个包含实际值的 POD 结构。

问题是，如果我现在简单地写下以下内容:

const data_block data{gCalibrationData};

if (CheckSum(&(data.mData)) == data.mCheckSum) {
    //do stuff
} else {
    //Error
}

这总是转到错误分支，即使闪存中的实际校验和是绝对正确的(稍微不同地写这个让它工作，见下文)。

这当然是可以理解的:编译器看到一个 const 全局对象，它是默认初始化的，所以它知道所有的值，所以我猜它实际上优化了整个 if(如果我通过 uint16_t * 调试 printf 数据，我实际上得到了正确的值)。

我认为正确的方式是定义

const volatile data_block __attribute__((section (".caldata"))) gCalibrationData{};

但是，现在我遇到了无法将 volatile 结构分配给非 volatile 结构的问题，即 const data{gCalibrationData}; 无法编译。如果我尝试通过 const volatile data_block * 访问，也会出现同样的问题。

我至少有两种或三种方法可以使它工作，但我不喜欢其中任何一种:

1. 从 gCalibrationData 中删除 const(和 volatile)限定符。然而，这是一个基于编译器不够聪明来保证 gCalibrationData 在我的程序中永远不会被触及的黑客攻击，另一方面，我想继续使用 const 限定符，因为试图写入 gCalibrationData通过分配是一个硬错误。
2. 通过 const gCalibrationData * volatile pData 访问 gCalibrationData(是的，volatile 正是我的意思)。通过 volatile 指针访问会强制编译器实际加载数据。同样，这似乎是一种 hack，因为指针本身肯定不是 volatile 的。
3. 给data_block和calibration_data赋值运算符const volatile &，并在其中逐字段赋值。从语言的角度来看，这似乎是正确的，但是每当 calibration_data 发生变化时，我都需要手动编辑赋值运算符。如果不这样做，将产生难以检测的错误。

我的问题:读取校准数据的正确方法是什么？我的理想标准是:

• 全局对象本身是 const，以捕获意外写入。
• 没有未定义的行为
• 通过将结构直接分配给另一个结构来访问
• 或者至少这样我就不需要记住在 calibration_data 中分配原始类型的每个变量，请参阅上面的选项 3
• 线程安全的奖励点，尽管在我的特定情况下只有一个线程读取或写入闪存(所有其他“线程”都是中断)。

Answer 1

一种解决方案是在单独的源文件中声明一个缓冲区，以通知链接器 data_block 的大小，然后将 gCalibrationData 定义为一个符号，其值为此缓冲区的开头:

data_block.cpp:

//no initialization performed here, just used to
//transmit to the linker the information of the size
//and alignment of data_block
extern "C"{//simpler name mangling
[[gnu::section(".caldata")]] volatile
aligned_storage<sizeof(data_block),alignof(data_block)> datablock_buffer;
}

//then we specify that gCalibrationData refers to this buffer
extern const volatile data_block
gCalibrationData [[gnu::alias("datablock_buffer")]];

或者，gCalibrationData 符号的定义可以通过链接描述文件完成:

SECTIONS{
  .caldata : {
    gCalibrationData = . ;
    data_block.o(.caldata)
    }
  }

gCalibrationData 是 data_block_buffer 的别名。这不会导致未定义的行为，因为语言允许这样的别名:data_block_buffer provides storage对于 gCalibrationData。

从语义上讲，extern 说明符用于表示此声明不是gCalibrationData 值的定义。尽管如此，alias 属性是链接器符号的定义。

data_block.hpp

extern const volatile data_block gCalibrationData;

//and copy must be enabled for volatile:
struct data_block{
  /*...*/
  data_block(const data_block&) =default; 

  data_block& operator=(const data_block&) =default;

  data_block(const volatile data_block& other){
    //the const cast means: you are responsible not to 
    //perform this operation while performing a rom update.
    memcpy(this,const_cast<const data_block*>(&other);
    }

  data_block& operator=(const volatile data_block& other){
    memmove(this,const_cast<const data_block*>(&other);
    //or memcpy if you are sure a self assignment will never happen.
    return *this;
    }
  };