定义具有特定对齐方式的自动变量的优雅方式答案

【问题标题】：Elegant way to define an automatic variable with specific alignment定义具有特定对齐方式的自动变量的优雅方式
【发布时间】：2019-05-01 17:17:00
【问题描述】：

我正在使用 ARM 编译器并且有一个硬件外设（具有直接内存访问），它需要对传递给它的内存缓冲区进行特定对齐（32 字节对齐）。当缓冲区是全局/静态的并且可以使用编译器支持的aligned 属性定义时，这不是问题。只要需要在本地传递某个函数中定义的缓冲区，即具有自动存储类，就会出现问题。我试图做类似以下的事情：

typedef struct  __attribute__((aligned(32)))
{
    char bytes[32];
} aligned_t;

_Static_assert(sizeof(aligned_t)==32, "Bad size");

void foo(void)
{
    aligned_t alignedArray[NEEDED_SIZE/sizeof(aligned_t)];
    //.... use alignedArray
}

这很愉快地编译并在 x86 编译器上工作。但在抱怨的armcc中却没有：

警告：#1041-D：自动对象的对齐方式不得大于 8

所以这种方法行不通。还有一个，我觉得很丑：

void foo(void)
{
    char unalignedBuffer[NEEDED_SIZE + 32 - 1];
    char pAlignedBuffer = ALIGN_UP_32(unalignedBuffer);
    //.... use pAlignedBuffer
}

而ALIGN_UP_32 是一个宏，用于返回unalignedBuffer 内的第一个对齐地址（我猜这里的实现细节并不重要）。

正如我所说，我不喜欢这种方法，并且想知道是否有更优雅的方法来实现同样的效果？

【问题讨论】：

动态分配是一种选择吗？
@dbush 不是真的。我想我应该提到这一点。
你能解释一下为什么首先需要自动存储类（你需要重入）吗？
@user694733 我正在尝试为我正在开发的特定 HAL 提供一种限制最少的使用方式。最后（一些）缓冲区将由调用者提供，我正在尝试提出通用约定，这将是透明的（理想情况下）或有据可查的。
您可以使用静态缓冲区进行硬件访问，并根据需要复制到/从未对齐的自动缓冲区中复制

标签： c arm memory-alignment armcc

【解决方案1】：

我正在使用 ARM 编译器

您是否也尝试过最近 GCC（可能配置为交叉编译器），例如2018 年 11 月的 GCC 8？

ARM ABI 不保证堆栈指针（可能）与 32 字节对齐。

因此，任何自动变量都不会按照您的意愿对齐。

您可以避免使用它们（并系统地使用适当对齐的堆内存区域）。或者你可以分配比需要的更多的空间并对其进行指针运算。

我觉得您的char* pAlignedBuffer = ALIGN_UP_32(unalignedBuffer); 是一个很好的方法，我相信优化编译器会生成相当高效的代码。

我不喜欢这种方法，想知道是否有更优雅的方法来实现同样的效果？

我相信你的方法很好，任何其他方法都可以。

PS。另一种方法可能是修补您的 GCC 编译器（可能使用插件）以更改堆栈指针的默认对齐方式（因此有效地更改您的 ABI 和 calling conventions）。这将需要您数周（或数月）的努力。

【讨论】：

我想我会把它作为第二意见:)
堆栈指针确实不需要 ARM ABI 32 字节对齐。在不同的翻译单元中需要跨函数边界对齐 8 字节，但在其他地方没有任何特定对齐的要求，通常自动类变量可以有任何对齐。

【解决方案2】：

您的两个选项看起来是最简单的。但是（只是猜测，我对自己的答案没有太多考虑），另一种选择可能是创建另一个堆栈。当包含缓冲区的函数被执行时，上下文被切换（好吧，只是 SP - 在超级用户模式下 - ），现在 SP 指向第二个堆栈。这个堆栈分配在一个 32 位对齐的部分，它只包含 32 位对齐的对象，所以当一个本地 32 位对齐的变量被创建时，它将被分配在一个 32 位对齐的内存堆中，一旦变量超出范围，就会被释放.一旦函数被执行，SP 就会切换回主堆栈。必须将函数的执行视为关键区域，以避免在错误的堆栈中推入/弹出。我不认为这会产生堆栈溢出，但正如我所说，我离题了，以防万一它有帮助......

【讨论】：