ARM Cortex M4 - C 编程和内存访问优化

Question

以下三行代码是使用 1 条 MOV 指令修改位的优化方法，而不是使用中断安全性较低的 read-modify-write 习惯用法。它们彼此相同，并在 GPIO 端口的数据寄存器中设置 LED_RED 位：

1. *((volatile unsigned long*)(0x40025000 + (LED_RED << 2))) = LED_RED;
2. *(GPIO_PORTF_DATA_BITS_R + LED_RED) = LED_RED;
3. GPIO_PORTF_DATA_BITS_R[LED_RED] = LED_RED;

LED_RED 就是 (volatile unsigned long) 0x02。在这个微控制器的内存映射中，这个寄存器（和其他寄存器）的前 2 个 LSB 没有被使用，所以第一个例子中的左移是有意义的。

GPIO_PORTF_DATA_BITS_R 的定义是：

#define GPIO_PORTF_DATA_BITS_R ((volatile unsigned long *)0x40025000)

我的问题是：为什么我在使用指针算法或数组索引（分别是第二种方法和第三种方法）时不需要左移两次？我很难理解。提前谢谢你。

Answer 1

记住 C 指针算法的工作原理：向指针添加偏移量以指向的类型为单位进行操作。由于 GPIO_PORTF_DATA_BITS_R 具有类型 unisgned long *，并且 sizeof(unsigned long) == 4，因此 GPIO_PORTF_DATA_BITS_R + LED_RED 有效地添加了 2 * 4 = 8 个字节。

注意(1)对0x40025000进行了运算，它是一个整数，不是指针，所以我们需要加8才能得到相同的结果。左移 2 等于乘以 4，所以 LED_RED << 2 又等于 8。

根据 [] 运算符的定义，

(3) 完全等同于 (2)。