RealView MDK中结构体存储方式

对于RISC机器来说，对齐访问可以提高效率。ARM是RISC机器，因此在多数情况下它以对齐方式访问，即访问的地址一般是4或2的倍数。但在某些特殊应用上，对齐访问可能会带来麻烦。下面笔者以自身经历来说明有些情况是不允许对齐访问的，好在强大的MDK早就意料到这些特殊应用，并有相应的对策。

下面举例说明结构以对齐方式和非对齐方式存储的差别。

下面以三种不同的方式定义了结构体foo，见表一。其中第一种是常用的（默认情况）定义方式。第二种和第三种方式均以压缩方式存储，以非对齐方式访问。其中第二种方式关键字__packed修饰整个结构体，表明整个结构体以压缩方式存储；第三种方式关键字__packed修饰结构体中的某个域，被修饰的域以压缩的方式存储。而其它部分则采用非压缩方式。当然在示例结构体foo中，后两种定义方法达到的效果一样。

在第一种方式中，结构体成员one占用两个字节；成员two占用两个字节；成员three占用4个字节；成员four占用4个字节。 而在第二种和第三种方式中它们分别占用1个字节、两个字节、一个字节、4个字节。如果读者看到这还不是很清楚的话，那么请看其对应的汇编代码，见表二。

表一 三种定义结构体方式对比

非压缩方式存储（对齐访问）	将整个结构体以压缩方式存储	将结构体中的部分成员压缩方式存储
Struct foo {     char one;     short two;     char three;     int four; } c;	__packed struct foo {     char one;     short two;     char three;     int four; } c;	struct foo {     char one;     __packed short two;     char three;     int four; } c;

 

表二 三种定义结构体方式对应用汇编代码

非压缩方式存储（对齐方式）	将整个结构体以压缩方式存储	将结构体中的部分成员压缩方式存储
; r0 包含了结构体c的首地址。   LDRB    r1, [r0, #0] LDRSH   r2, [r0, #2] LDRB    r3, [r0, #4] LDR     r12, [r0, #8]	; r0 包含了结构体c的首地址。   ; char one LDRB  r1, [r0, #0]   ; short two LDRB  r2, [r0, #1] LDRSB r12, [r0, #2] ORR   r2, r12, r2, LSL #8   ; char three LDRB  r3, [r0, #3]   ; int four ADD   r0, r0, #4 BL    __aeabi_uread4	; r0 包含了结构体c的首地址。   ; char one LDRB  r1, [r0, #0]   ; short two LDRB  r2, [r0, #1] LDRSB r12, [r0, #2] ORR   r2, r12, r2, LSL #8   ; char three LDRB  r3, [r0, #3]   ; int four LDR   r12, [r0, #4]

 

显然以压缩方式存储结构体节省了空间但浪费了时间。以非压缩方工存储结构体加快了速度但浪费了空间。

知道了结构体以压缩和非压缩方式存储的特点以及如何使用关键字__packed后。笔者给出在实际工作中遇到的必须使用压缩方式存储的一个例子。

大家知道FAT文件系统的DBR 区大小刚好为一个扇区（512字节）。DBR 区有一系列关于系统的数据。在处理时需要将其定义为一个结构体。程序中对这个结构体进行初始化时，需要将整个扇区的内容拷贝给这个结构体。因此这个结构体的大小正好为512字节。当然这是在压缩存储的情况下。试想如果以非压缩方式存储，结果将混乱不堪。在这种情况下必须加上关建字__packed。

 

该结构体定义如下：

typedef __packed struct

{

       u8         BS_jmpBoot[3];     //ofs:0.典型的如：0xEB,0x3E,0x90。

       u8         BS_OEMName[8];   //ofs:3.典型的如：“MSWIN4.1”。

       u16        BPB_BytesPerSec;   //ofs:11.每扇区字节数。

       u8         BPB_SecPerClus;    //ofs:13.每簇扇区数。

       u16        BPB_RsvdSecCnt;   //ofs:14.保留扇区数，从DBR 到FAT 的扇区数。

       u8         BPB_NumFATs;     //ofs:16.FAT 的个数。通常为2个。

       u16        BPB_RootEntCnt;    //ofs:17.根目录项数。

       u16        BPB_TotSec16;      //ofs:19.分区总扇区数(<32M 时用)。

       u8         BPB_Media;        //ofs:21.分区介质标识,SD卡一般用0xF8。

       u16        BPB_FATSz16;      //ofs:22.每个FAT 占的扇区数。

       u16        BPB_SecPerTrk;     //ofs:24.每道扇区数。对于SD卡无意义。

       u16        BPB_NumHeads;     //ofs:26.磁头数。对于SD卡无意义。

       u32        BPB_HiddSec;       //ofs:28.隐藏扇区数，从MBR 到DBR 的扇区数。

       u32        BPB_TotSec32;      //ofs:32.分区总扇区数(>=32M 时用)。

       u8         BS_DrvNum;        //ofs:36.软盘使用0x00,硬盘使用0x80。SD卡无意义。

       u8         BS_Reservedl;       //ofs:37.保留。

       u8         BS_BootSig;        //ofs:38.扩展引导标记：0x29。通常对于SD卡无意义。

       u32        BS_VolID;          //ofs:39.盘序列号。

       u8         BS_VolLab[11];      //ofs:43.如“Msdos ”。

       u8         BS_FilSysType[8];    //ofs:54.“FAT16 ”。

       u8         ExecutableCode[448];  //ofs:62.引导代码。

       u8         ExecutableMarker[2];  //ofs:510.结束标识:0xAA55。

} FAT_BPB;