數組vs.動態申請
在嵌入式系統中動態內存申請存在比一般系統編程時更嚴格的要求,這是因為嵌入式系統的內存空間往往是十分有限的,不經意的內存泄露會很快導致系統的崩潰。
所以一定要保證你的malloc和free成對出現,如果你寫出這樣的一段程序:
char * (void)
{
char *p;
p = (char *)malloc(…);
if(p==NULL)
…;
… /* 一系列針對p的操作 */
return p;
}
在某處調用(),用完中動態申請的內存后將其free,如下:
char *q = ();
…
free(q);
上述代碼明顯是不合理的,因為違反了malloc和free成對出現的原則,即“誰申請,就由誰釋放”原則。不滿足這個原則,會導致代碼的耦合度增大,因為用戶在調用函數時需要知道其內部細節!
正確的做法是在調用處申請內存,并傳入函數,如下:
char *p=malloc(…);
if(p==NULL)
…;
(p);
…
free(p);
p=NULL;
而函數則接收參數p,如下:
void (char *p)
{
… /* 一系列針對p的操作 */
}
基本上,動態申請內存方式可以用較大的數組替換。對于編程新手,筆者推薦你盡量采用數組!嵌入式系統可以以博大的胸襟接收瑕疵,而無法“海納”錯誤。畢竟,以最笨的方式苦練神功的郭靖勝過機智聰明卻范政治錯誤走反革命道路的楊康。
給出原則:
(1)盡可能的選用數組,數組不能越界訪問(真理越過一步就是謬誤,數組越過界限就光榮地成全了一個混亂的嵌入式系統);
(2)如果使用動態申請,則申請后一定要判斷是否申請成功了,并且malloc和free應成對出現!
在嵌入式系統的編程中,常常要求在特定的內存單元讀寫內容,匯編有對應的MOV指令,而除C/C++以外的其它編程語言基本沒有直接訪問絕對地址的能力
關鍵字const
const意味著“只讀”。區別如下代碼的功能非常重要,也是老生長嘆,如果你還不知道它們的區別,而且已經在程序界摸爬滾打多年,那只能說這是一個悲哀:
const int a;
int const a;
const int *a;
int * const a;
int const * a const;
(1) 關鍵字const的作用是為給讀你代碼的人傳達非常有用的信息。例如,在函數的形參前添加const關鍵字意味著這個參數在函數體內不會被修改,屬于“輸入參數”。在有多個形參的時候,函數的調用者可以憑借參數前是否有const關鍵字,清晰的辨別哪些是輸入參數,哪些是可能的輸出參數。
(2)合理地使用關鍵字const可以使編譯器很自然地保護那些不希望被改變的參數,防止其被無意的代碼修改,這樣可以減少bug的出現。
const在C++語言中則包含了更豐富的含義,而在C語言中僅意味著:“只能讀的普通變量”,可以稱其為“不能改變的變量”(這個說法似乎很拗口,但卻最準確的表達了C語言中const的本質),在編譯階段需要的常數仍然只能以#define宏定義!故在C語言中如下程序是非法的:
const int SIZE = 10;
char a[SIZE]; /* 非法:編譯階段不能用到變量 */
關鍵字volatile
C語言編譯器會對用戶書寫的代碼進行優化,譬如如下代碼:
int a,b,c;
a = inWord(0x100); /*讀取I/O空間0x100端口的內容存入a變量*/
b = a;
a = inWord (0x100); /*再次讀取I/O空間0x100端口的內容存入a變量*/
c = a;
很可能被編譯器優化為:
int a,b,c;
a = inWord(0x100); /*讀取I/O空間0x100端口的內容存入a變量*/
b = a;
c = a;
但是這樣的優化結果可能導致錯誤,如果I/O空間0x100端口的內容在執行第一次讀操作后被其它程序寫入新值,則其實第2次讀操作讀出的內容與第一次不同,b和c的值應該不同。在變量a的定義前加上volatile關鍵字可以防止編譯器的類似優化,正確的做法是:
volatile int a;
volatile變量可能用于如下幾種情況:
(1) 并行設備的硬件寄存器(如:狀態寄存器,例中的代碼屬于此類);
(2) 一個中斷服務子程序中會訪問到的非自動變量(也就是全局變量);
(3) 多線程應用中被幾個任務共享的變量。
CPU字長與存儲器位寬不一致處理
在背景篇中提到,本文特意選擇了一個與CPU字長不一致的存儲芯片,就是為了進行本節的討論,解決CPU字長與存儲器位寬不一致的情況。80186的字長為16,而NVRAM的位寬為8,在這種情況下,我們需要為NVRAM提供讀寫字節、字的接口,如下:
typedef unsigned char BYTE;
typedef unsigned int WORD;
/* 函數功能:讀NVRAM中字節
* 參數:wOffset,讀取位置相對NVRAM基地址的偏移
* 返回:讀取到的字節值
*/
extern BYTE ReadByteNVRAM(WORD wOffset)
{
LPBYTE lpAddr = (BYTE*)(NVRAM + wOffset * 2); /* 為什么偏移要×2? */
return *lpAddr;
}
/* 函數功能:讀NVRAM中字
* 參數:wOffset,讀取位置相對NVRAM基地址的偏移
* 返回:讀取到的字
*/
extern WORD ReadWordNVRAM(WORD wOffset)
{
WORD wTmp = 0;
LPBYTE lpAddr;
/* 讀取高位字節 */
lpAddr = (BYTE*)(NVRAM + wOffset * 2); /* 為什么偏移要×2? */
wTmp += (*lpAddr)*256;
/* 讀取低位字節 */
lpAddr = (BYTE*)(NVRAM + (wOffset +1) * 2); /* 為什么偏移要×2? */
wTmp += *lpAddr;
return wTmp;
}
/* 函數功能:向NVRAM中寫一個字節
*參數:wOffset,寫入位置相對NVRAM基地址的偏移
* byData,欲寫入的字節
*/
extern void WriteByteNVRAM(WORD wOffset, BYTE byData)
{
…
}
/* 函數功能:向NVRAM中寫一個字 */
*參數:wOffset,寫入位置相對NVRAM基地址的偏移
* wData,欲寫入的字
*/
extern void WriteWordNVRAM(WORD wOffset, WORD wData)
{
…
}
子貢問曰:Why偏移要乘以2?
子曰:請看圖1,16位80186與8位NVRAM之間互連只能以地址線A1對其A0,CPU本身的A0與NVRAM不連接。因此,NVRAM的地址只能是偶數地址,故每次以0x10為單位前進!
子貢再問:So why 80186的地址線A0不與NVRAM的A0連接?
子曰:請看《IT論語》之《微機原理篇》,那里面講述了關于計算機組成的圣人之道。
總結
本篇主要講述了嵌入式系統C編程中內存操作的相關技巧。掌握并深入理解關于數據指針、函數指針、動態申請內存、const及volatile關鍵字等的相關知識,是一個優秀的C語言程序設計師的基本要求。當我們已經牢固掌握了上述技巧后,我們就已經學會了C語言的99%,因為C語言最精華的內涵皆在內存操作中體現。
我們之所以在嵌入式系統中使用C語言進行程序設計,99%是因為其強大的內存操作能力!
如果你愛編程,請你愛C語言;
如果你愛C語言,請你愛指針;
如果你愛指針,請你愛指針的指針!
C語言嵌入式系統編程注意事項之屏幕操作
現在要解決的問題是,嵌入式系統中經常要使用的并非是完整的漢字庫,往往只是需要提供數量有限的漢字供必要的顯示功能
漢字處理
現在要解決的問題是,嵌入式系統中經常要使用的并非是完整的漢字庫,往往只是需要提供數量有限的漢字供必要的顯示功能。例如,一個微波爐的LCD上沒有必要提供顯示“電子郵件”的功能;一個提供漢字顯示功能的空調的LCD上不需要顯示一條“短消息”,諸如此類。但是一部手機、小靈通則通常需要包括較完整的漢字庫。
如果包括的漢字庫較完整,那么,由內碼計算出漢字字模在庫中的偏移是十分簡單的:漢字庫是按照區位的順序排列的,前一個字節為該漢字的區號,后一個字節為該字的位號。每一個區記錄94個漢字,位號則為該字在該區中的位置。因此,漢字在漢字庫中的具體位置計算公式為:94*(區號-1)+位號-1。減1是因為數組是以0為開始而區號位號是以1為開始的。只需乘上一個漢字字模占用的字節數即可,即:(94*(區號-1)+位號-1)*一個漢字字模占用字節數,以16*16點陣字庫為例,計算公式則為:(94*(區號-1)+(位號-1))*32。漢字庫中從該位置起的32字節信息記錄了該字的字模信息。
對于包含較完整漢字庫的系統而言,我們可以以上述規則計算字模的位置。但是如果僅僅是提供少量漢字呢?譬如幾十至幾百個?最好的做法是:
定義宏:
# define EX_FONT_CHAR()
# define EX_FONT_UNICODE_VAL() (),
# define EX_FONT_ANSI_VAL() (),
定義結構體:
typedef struct _wide_unicode_font16x16
{
WORD ; /* 內碼 */
BYTE data[32]; /* 字模點陣 */
}Unicode;
#define CHINESE_CHAR_NUM … /* 漢字數量 */
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