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。

为什么我使用结构和位域时值重复？

编辑

我发现另一个奇怪的行为：

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（使用结构和位域）的方法被编译为：

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

啊，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。怪不得不行！

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，您可以在 R 上使用位操作；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：您似乎关闭了优化（我在其中看到了多余的 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改为uint32_t。它让我的牙齿受伤！

PPPS 想想看，packed 可能会让编译器关闭，导致它假定位域结构可能不是字对齐的（因此强制字节-按字节访问）。您是否尝试过删除它？

结构和位域的奇怪行为

Struct and bitfield strange behaviour

c

assembly

gcc

struct

bit-fields