c - 结构和位域的奇怪行为

Question

我正在尝试修改寄存器中的位域。这是我定义了位域的结构:

struct GROUP_tag
{
    ...
    union
    {
        uint32_t R;
        struct
        {
            uint64_t bitfield1:10;
            uint64_t bitfield2:10;
            uint64_t bitfield3:3;
            uint64_t bitfield4:1;
        } __attribute__((packed)) B;
    } __attribute__((aligned(4))) myRegister;
    ...
}

#define GROUP (*(volatile struct GROUP_tag *) 0x400FE000)

当我使用以下行时:

GROUP.myRegister.B.bitfield1 = 0x60;

它不仅改变了 bitfield1，还改变了 bitfield2。该寄存器的值为 0x00006060。

代码被编译为以下汇编代码:

ldr r3,[pc,#005C]
add r3,r3,#00000160
ldrb r2,[r3,#00]
mov r2,#00
orr r2,#00000060
strb r2,[r3,#00]
ldrb r2,[r3,#01]
bic r2,r2,#00000003
strb r2,[r3,#01]

如果我尝试直接操作寄存器:

int volatile * reg = (int *) 0x400FE160;
*reg = 0x60

寄存器的值为0x00000060。

我正在使用 GCC 编译器。

为什么当我使用结构和位域时值重复？

编辑

我发现了另一个奇怪的行为:

GROUP.myRegister.R = 0x12345678; // value of register is 0x00021212
*reg = 0x12345678; // value of register is 0x0004567, this is correct (I am programming microcontroller and some bits in register can't be changed)

我更改寄存器值的方法(使用结构和位域)被编译为:

ldr r3,[pc,#00B4]
ldrb r2,[r3,#0160]
mov r2,#00
orr r2,#00000078
strb r2,[r3,#0160]
ldrb r2,[r3,#0160]
mov r2,#00
orr r2,#00000056
strb r2,[r3,#0161]
ldrb r2,[r3,#0162]
mov r2,#00
orr r2,#00000034
strb r2,[r3,#0162]
ldrb r2,[r3,#0163]
mov r2,#00
orr r2,#00000012
strb r2,[r3,#0163]

Answer 1

嗯，我明白了。编译器使用 strb 两次将两个最低有效字节写入特殊功能寄存器。但是硬件每次都执行一个字写入(大概是 32 位)，因为不支持对特殊功能寄存器的字节写入。难怪它不起作用!

至于如何解决这个问题，这取决于您的编译器，以及它对 SFR 的了解程度。作为一种快速而肮脏的修复方法，您可以只对 R 使用位操作；而不是

GROUP.myRegister.B.bitfield1 = 0x60;

使用例如

GROUP.myRegister.R = (GROUP.myRegister.R & ~0x3FF) | 0x60;

PS 另一种可能性:看起来您已经关闭了优化(我在其中看到了冗余的 ldrb r2,[r3,#00] 指令)。也许如果你打开它，编译器就会明白过来？值得一试...

PPS 请将 uint64_t 更改为 uint32_t。这让我的 dentry 受伤了!

PPPS 想想看，packed 可能会让编译器关闭，导致它假设位域结构可能不是字对齐的(因此强制逐字节访问).您是否尝试过删除它？