c++ - 通过结构访问ARM外设寄存器

Question

我想为支持ARM Cortex-M3的设备创建自己的库。当前写入寄存器如下所示:

(*((unsigned int volatile * const)(0x400E0410))) = (1 << 11) | (1 << 12);

其中 0x400E0410是32位外围设备寄存器的地址(在这种情况下，电源管理 Controller 的“外围时钟使能寄存器”的地址)。
因此，我希望将外围设备抽象为 struct，以使其更加用户友好，易读，并允许在IDE内部自动完成。然后，前面的示例将如下所示:

PMC.PCER = PORTB.ID | PORTC.ID;

我不能在 volatile或其成员上使用 struct，否则(据我所知)始终会在最终代码中包含该结构，即使该代码实际上并未用于任何内容。我还注意到，即使该结构是 name-less且其所有成员都已初始化为const值，编译器也会为其构造一个构造函数并将其存储在RAM中，而不是真正次优的FLASH中。
理想情况下，我还希望 struct方法生成这样的汇编代码(第一个示例的反汇编):

而不是从RAM中读取结构变量的此类代码(我在结构内部使用易失成员的方法):

如何在不影响程序大小或性能的情况下实现这一目标？
编辑:我的方法的C++代码，u32v是一个无符号的volatile 32位整数，u32c是一个无符号的const 32位整数

Answer 1

So I wish to abstract peripherals into struct so it's a lot more user-friendly ...

许多“MCAL”数据包(汽车行业中使用的硬件抽象)就是这样做的。例:

typedef struct {
    unsigned IN; /* offset 0 */
    unsigned _unused1[3];
    unsigned OUT; /* offset 0x10 */
    unsigned _unused2[3];
    unsigned DIR; /* offset 0x20 */
} PortStruct;

#define PORTA (*(volatile PortStruct *)0x80001000))
#define PORTB (*(volatile PortStruct *)0x80002000))

...因此您可以通过以下方式访问外设寄存器:

PORTA.OUT |= (1<<4);

我还看到这样的结构已被声明为变量:

extern volatile PortStruct PORTA;

...，并且在链接器配置文件中使用编译器特定的关键字，手写的汇编代码或特殊指令，在固定地址(示例中为0x80001000)处定义了“变量”。

I can't use volatile ... on its members

似乎有些编译器甚至不允许成员使用 volatile，而只允许整个 struct。

... the compiler makes a constructor for it and stores it in RAM instead of the FLASH which is really suboptimal.

您使用这些 struct的方式对我来说有点奇怪。
我刚刚使用用于ARM的GCC工具链(C，不是C++)尝试了以下代码，并启用了优化功能:

typedef struct {
    unsigned hello;
    unsigned world;
    unsigned foo;
    unsigned bar;
    unsigned PCER;
    unsigned example;
} PortType;

#define PMC (*(volatile PortType *)0x400E0400)

void test(void)
{
    PMC.PCER = 5;
}

结果(这里是目标文件):

00000000 <test>:
   0:   4b01      ldr    r3, [pc, #4] ; (8 <test+0x8>)
   2:   2205      movs   r2, #5
   4:   611a      str    r2, [r3, #16]
   6:   4770      bx     lr
   8:   400e0400 .word  0x400e0400

没有生成初始化代码，构造函数或类似代码。
我还尝试了 extern volatile PortStruct方法:

typedef struct {
    ...
} PortType;

extern volatile PortType PMC;

void test(void)
{
    PMC.PCER = 5;
}

正如已经写的，链接脚本中的某些手写汇编代码和某些信息对于将伪变量“PMC”的地址定义为0x400E0400是必要的。
我尝试了两种方法(汇编和链接脚本):结果与 #define方法完全相同。
编辑
我还使用C++编译器而不是C编译器来编译代码:结果代码相同。