嵌入式开发中数值常量如何转化为内存地址？

最近在使用Nordic最新的蓝牙芯片nRF52832开发过程中，遇到了一些需要对内存地址进行操作的测试。其中使用了(*(volatile unsigned int *)0xE000EDFC)的语法，并通过宏定义进行解析。本文将对这种用法进行分析。

代码解析

首先，让我们看下面这段代码：

#define ARM_CM_DEMCR (*(volatile unsigned int *)0xE000EDFC)
#define ARM_CM_DWT_CTRL (*(volatile unsigned int *)0xE0001000)
#define ARM_CM_DWT_CYCCNT (*(volatile unsigned int *)0xE0001004)

对这段代码进行结构分析。由于nRF52832是Cortex-M4内核，在ARM处理器中，只能将其识别为一个十六进制数值，而无法自动区分其具体是数据还是地址。

使用(unsigned int *)0xE000EDFC进行强制类型转换，表示该数值为一个无符号整型地址指针值。同时，关键字volatile告诉编译器指针指向的内容是易变的，可能会被硬件等意外因素修改。

而*(volatile unsigned int *)0xFFE00000表示获取指针所指向地址处的内容。

采用#define宏的方式，在用户程序中对ARM_CM_DEMCR的操作等同于在地址0xE000EDFC上进行读写操作。

应用

如前所述，在32位处理器中，如果要对一个32位的内存地址进行访问和操作，可以使用类似上述的语法。通过强制类型转换和指针操作，可以对指定地址的内存内容进行读写。

tmp = ARM_CM_DEMCR；//读
ARM_CM_DEMCR = 0x55；//写

使用volatile修饰是因为它的值可能会改变，我们假设在一个循环操作中需要不停地判断一个内存数据，例如要等待ARM_CM_DEMCR的flag标志位置位，因为ARM_CM_DEMCR是映射在SRAM空间，为了加快速度，编译器可能会编译出这样的代码：把ARM_CM_DEMCR读取到寄存器中，然后不停地判断寄存器相应位,而不会再读取ARM_CM_DEMCR.

而实际工程中，程序例如中断事件会改变ARM_CM_DEMCR，而寄存器相应位没有更新，会造成死循环了。如果volatile来修饰，那每次要操作一个变量的时候会都从内存中读取一次。

嵌入式系统编程中要求程序员能够利用C语言访问固定的内存地址。既然是个地址，那么按照C语言的语法规则，这个表示地址的量应该是指针类型。

对于不同的计算机体系结构，设备可能是端口映射，也可能是内存映射的。如果系统结构支持独立的IO地址空间，并且是端口映射，就必须使用汇编语言完成实际对设备的控制，因为C语言并没有提供真正的“端口”的概念。

volatile关键字的用途

volatile的意思是告诉编译器，在编程源代码时，对这个变量不要使用优化，C语言中可能会优化一些运算过程中的变量值导致最后的结果不对，这里就不多说了。

volatile还可以防止编译器优化去掉某些语句，在arm中假如需要写1清中断，举例子如下：

#define INTPAND *(volatile unsigned int *)0x560012300
INTPAND = INTPAND; // 清中断

INTPAND = INTPAND;这种操作，如果没有volatile修饰，编译器就很有可能会去掉INTPAND = INTPAND;，相当于没这句话了。

在嵌入式编程中，当地址是io端口的时候，读写这个地址是不能对它进行缓存的（有cache才），比如写这个io端口的时候，如果没有volatile修饰，编译器会先把值先写到一个缓冲区，到一定时候再写到io端口，这样就不能使数据及时的写到io端口，有了volatile修饰就会直接写到io端口，从而避免了读写io端口的延时。

编译器对代码的优化

再说说编译器的优化，CPU在执行的过程中，因为访问内存的速度远没有cpu的执行速度快，为了提高效率，引入了高速缓存cache。

C编译器在编译时如果不知道变量会被其它外部因素(操作系统、硬件或者其它线程)修改，那么就会对该变量进行优化（当然也有些IDE可以设置优化等级），这个变量在CPU的执行过程中会被放到高速缓存cache去，进而达到对变量的快速访问。

在一些寄存器变量或数据端口的使用中，因为寄存器变量本身也是靠cache来处理，为了避免引起错误，也可以使用volatile修饰符。

如果变量是被外部因素改变，那么cpu就无法判断出这个变量已经被改变，那么程序在执行的过程中如果使用到该变量，还会继续使用cache中的变量（已经改变），需要到内存地址中更新，所以变量在执行的过程中不能被放到cache中。

总结

使用volatile的目的就是让对volatile变量的存取不能缓存到寄存器，每次使用时需要重新存取。在嵌入式开发中这种用法很常见也很关键，需要掌握。

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