c - 使用 void * 写入硬件寄存器

Question

我正在 Altera 软处理器上编写应用程序。 API 提供对 VHDL 中定义的寄存器的访问，如下所示。

#define __IO_CALC_ADDRESS_DYNAMIC(BASE, OFFSET) \
((void *)(((alt_u8*)BASE) + (OFFSET)))

#define IOWR_32DIRECT(BASE, OFFSET, DATA) \
__builtin_stwio (__IO_CALC_ADDRESS_DYNAMIC ((BASE), (OFFSET)), (DATA))

基于我所学到的有关编写与硬件接口(interface)或直接注册的代码的所有知识，我编写了这样的代码，

typedef uint8_t volatile reg;    /* special type to access registers */

typedef struct reg_one           /* access to base and offsets */
{
    reg data_0;    /* first 8 bits */
    reg data_1;    /* second 8 bits */
    .
    .
} reg_one;

static reg_one *const reg_ptr = (reg_one *)SOME_BASE_ADDRESS;

uint32_t data;

data = 0;

__builtin_stwio(&(reg_ptr->data_0), data);

但是，地址被强制转换为 void * 并且 volatile 和 const 限定符立即被丢弃。是否有解决此问题的方法，或者我只是缺少一些简单的东西？

我知道使用宏来定义指针是一种选择，

#define reg_ptr ((reg_one *)SOME_ADDRESS)

但我更愿意为范围和类型使用常量对象。

提前感谢您的帮助!

Answer 1

我认为使用结构来定义一个设备寄存器接口(interface)的更合适的方法是用普通类型声明结构，然后用关键字 volatile 来限定结构的类型，当定义指向寄存器基地址的指针，因此:

typedef struct reg_one  /* access to base and offsets */
{
    uint8_t data_0;     /* first 8 bits */
    uint8_t data_1;     /* second 8 bits */
    /* ... */
} reg_one;

/*   key addition: volatile applied to the struct's type, reg_one   */
static volatile reg_one* const reg_ptr = (reg_one*)SOME_BASE_ADDRESS;

这会将通过指针 reg_ptr 对该结构的成员进行的所有访问标记为 volatile 。这对于确保诸如

reg_ptr->data_0 = (uint8_t)data;
/* reg_ptr         has type volatile reg_one*, so 
   reg_ptr->data_0 has type volatile uint8_t      */

不会被优化编译器删除或重新排序。

但您似乎没有通过 C 语言赋值、递增/递减或其他方式访问这些成员。相反，您使用看起来像 GCC 内置的 __builtin_stwio 。根据 http://www.johnloomis.org/altera/nios2/gnutools/binutils/gcc/Altera-Nios-II-Built-in-Functions.html ，内置 __builtin_stwio 定义为

void __builtin_stwio (volatile void *, int)

当您开始使用编译器内置函数时，所有关于它们真实行为的赌注都会落空，因为编译器会给予它们任何它想要的特殊待遇。就是说，我敢打赌您的 GCC 变体将尊重原型(prototype)所暗示的内容。您的编译器很可能既不会删除也不会重新排序对此内置函数的调用，因此它的使用将遵循 volatile 语义。