在 C 中伪造寄存器读取

Question

我有一个没有操作系统的嵌入式系统的现有代码库。我试图让它使用 x86 gcc 而不仅仅是交叉编译器来构建，作为能够在主机上进行单元测试的第一步。不幸的是，到处都是直接的寄存器读写，而不是使用提供的抽象层。当然，一种选择是解决这个问题；将直接寄存器访问替换为对 GPIO 访问函数的调用。我希望通过引入一个宏（仅在 x86 构建中使用）来重新定义代码片段，例如

myvar = (GPIOC->IDR >> 6) & 0x03;   // Read bits 6 and 7
GPIOD->CRL &= 0xFFFFFF0F;

类似于：

myvar = (myGpiocIdrReadFunc() >> 6) & 0x03;   // Read bits 6 and 7
myGpiodClrWriteFunc() &= 0xFFFFFF0F;

GPIOx 被#定义为指向物理地址的指针。当然，如果我尝试使用 x86 构建的可执行文件直接读取和写入我的 PC 上的地址，那将是访问冲突。不幸的是，如果我尝试这样的事情：

#define GPIOC->IDR { myGpiocIdrReadFunc() }

编译器不喜欢那个“->”，说“宏名后面缺少空格。”

如果你以前解决过这类问题，你是怎么解决的？

Answer 1

typedef struct {
    int IDR;
    int CRL;
} gpio_t;

gpio_t c;
gpio_t d;

gpio_t * GPIOC = &c;
gpio_t * GPIOD = &d;

当编译器向你发出尖叫时，继续将IDR 之类的寄存器添加到struct。

编辑在看到您实际上想要模拟值的评论后，我编辑了答案，您可以这样做，但请记住，您需要像在硬​​件中一样初始化它们。

Answer 2

您似乎是在从字面上替换源中的那个字符串之后。你为什么不直接用像sed 这样的非交互式编辑器来做呢？您可能有一个构建系统，它可以根据架构进行替换。

Answer 3

如果来自 hexa 的解决方案不够充分，这里有第二个选项，它允许您实际模拟所引用的寄存器的行为（包括副作用等）。不利的一面是，这需要 C++（并且您现有的 C 代码可以编译为 C++，这通常是一个困难的要求），并且结构不直接使用本机类型，而是使用一些别名。

您可以定义一个实现operator=、operator int 以及您可能需要的任何其他访问功能（&= 等）的类。如果 struct GPIOC 指向的字段属于您可以更改的类型，那么您可以简单地更改该类型以引用您的寄存器类。

大概是这样的：

#ifdef USE_REAL_HW

typedef volatile uint32_t HW_REGISTER32;

#else // (USE_REAL_HW not defined)

template<class T>
class RegisterAbstractionClass {
public:
    const T operator= (const T value) {
        data = value;
        return value;
    };
    operator const T() {
        return data;
    };
    // Other operators...
protected:
    volatile T data;
};

typedef RegisterAbstractionClass<uint32_t> HW_REGISTER32;

#endif // (USE_REAL_HW)

typedef struct {
    HW_REGISTER32 IDR;
    HW_REGISTER32 CRL;
} gpio_t;

（请注意，上面的内容有些简化：IDR 和 CRL 在这种情况下的行为相同，而硬件可能并非如此。）

Answer 4

您的#define 似乎是错误的。为您的测试系统上的宏尝试“#define MyGpiocIdrReadFunc() x86ReadFunc()”。当然，您需要用 MyGpiocIdrReadFunc() 替换来自 GPIOC->IDR 的所有读取。您还需要实现该功能。这可能与修复代码以使用您提到的抽象层一样多。

Answer 5

我认为这并不容易。

请注意，SFR 通常是volatile，并且许多算术运算都是原子的。所以，代码

GPIOD->CRL &= 0xFFFFFF0F;

不等于

setter(CLR_reg, getter(CLR_reg) & 0xFFFFFF0F);

另外请注意，可能存在一个忙于等待中断的循环，甚至是中断处理程序。