djyos的可移植性（二）

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djyos的可移植性（二） [复制链接]

 1.     数据位宽与对齐

    嵌入式开发中，对于移植性来说，数据类型的长度和对齐，是一个很容易出错的问题。

1.1.   对齐

    关于什么是对齐，有很多资料，不明白的，可以google，这里不占用篇幅。

    先谈谈对齐的问题，不同的系统，有不同的对齐方式，处理不好的话，会给移植带来很大的问题。遗憾的是，许多有经验的程序员都会犯对齐的错误，而且，许多情况下，对齐错误是一个隐含的错误，再详细的测试都测不出来。

下面以arm为例谈谈这个问题，arm要求栈8字节对齐，是因为LDRD/STRD指令要求8字节对齐的操作地址。加入没有遵守8字节对齐，如果编译时没有使用这两条指令，那么程序执行就是正确的。修改一下编译选项（一般是优化选项），编译器可能就选择了使用这两条指令，程序执行就错了。所幸的是，这两条指令被使用的机会，大约只有万分之一~万分之五，因此一般不容易表现出来；不幸的是，这种测试时不容易暴露的问题，是很容易到达用户手中的。如果数据结构中有64位的成员，比如u64，该结构的起始地址，也要求8字节对齐的。

    这种错误，即使是国际知名大公司出的例程，都免不了，略举两例：

    TI公司为他的TMS320C470编写的固件库的启动代码，只做了4字节对齐。我在为帮助用户把djyos移植到OMAPL138的过程中发现了这个问题，并反馈给了TI，得到了TI官方的确认的。你现在看到的、新下载的example，估计就没这个问题了。

    在ST官方固件库中，开发工具商RAISONANCE公司为RIDE7提供的工具链，也没有做8字节对齐。大家打开ST官方提供的固件库中，ride目录下的stm32f10x_flash_extsram.ld文件，一看就知。

Djyos为了避免用户写应用程序时犯对齐的错误，做了如下措施：

1、  无论是从堆中分配内存，还是从内存池中分配内存，都做了8字节对齐。只要是使用djyos的内存管理函数分配的内存，可以放心地做各种操作。否则，把动态分配的内存指针强制转换成结构变量访问时，就可能出问题。略举一例：

struct abc{

u32 a;

u63 b;

}

u8 buf[1000];

struct abc *ppp;

struct mem_cell_pool *my_pool;

my_pool = mb_create_pool(…);

ppp = (struct abc *)mb_malloc(my_pool);

    这段代码，如果内存管理不做对齐，ppp就是一个定时炸弹，运行时会出现不可预知的问题，取决于cpu是否支持不对齐操作，以及编译器给buf分配什么地址。即使cpu支持非对齐操作，运行效率也是大打折扣的。

    遗憾的是，像ucosii这样著名的操作系统，都没有注意到这个问题，它要求用户自己提供的内存块首址是对齐的，（参见ucosii的OSMemCreate函数）。如果用户提供了非对齐的地址，你可以认为是用户的错，但是，OS作为“主管部门”，就没有监管责任吗？这样，岂不成了“相关部门”了。而djyos着重于预防应用程序出错的理念，在此展现无遗。

2、  定义了一个按最严格对齐的数据类型：

typedef u64             align_type;     //arm中，u64能满足所有对齐要求

3、  定义了一些跟对齐相关的常数：

#define mem_align           1         //如果目标系统没有对齐要求，改为0

#define align_size            8         //arm(含cm3)要求8字节对齐

4、  定义了一些跟对齐相关的宏操作：

#define align_down_sys(x)   align_down(8,x)   //arm要求8字节对齐

#define align_up_sys(x)     align_up(8,x)     //arm要求8字节对齐

#define define_align_buf(name,size)  align_type name[align_up_sys(size)/sizeof(align_size)]

宏define_align_buf用于定义一个首址符合系统对齐要求的缓冲区。

示例：

u8 buf[1000];

struct abc *ppp;

ppp = (struct abc *)buf;

    这段代码能否正确运行，同样取决于cpu是否支持不对齐操作，以及编译器给buf分配什么地址。但如果把“u8 buf[1000]”改为“define_align_buf(buf,1000)”则没有任何问题。

    align_down_sys用于把一个地址向下调整到系统要求的对齐值，align_up_sys则把一个地址向上调整到系统要求的对齐值，define_align_buf用于定义一个数组，其起始地址满足系统对齐要求。

    严格使用上述定义设计的应用程序，在不同对齐要求的系统中移植时，只需要修改上述定义即可，源代码完全不用修改。

[ 本帖最后由 djyos 于 2012-8-10 11:47 编辑 ]

jishuaihu

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