嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存指針操作

在嵌入式系統(tǒng)中，對(duì)內(nèi)存地址的操作是一個(gè)重要的方面，從廣義上講，嵌入式系統(tǒng)的地址空間可以分成以下三種類(lèi)型：

系統(tǒng)的內(nèi)存

處理器內(nèi)部的寄存器映射

處理器外部部件的內(nèi)存映射

無(wú)論哪種內(nèi)存，一般都映射到處理器的內(nèi)存空間中。在x86系統(tǒng)中，分為內(nèi)存和I/O映射兩種內(nèi)存；在ARM體系中，全部的地址都在32位的內(nèi)存空間中，所有的操作都是對(duì)32位地址空間內(nèi)存的操作。

從編程的角度看，嵌入式系統(tǒng)和PC系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的區(qū)別即在于嵌入式系統(tǒng)更重視對(duì)硬件的操作。而對(duì)硬件的操作需要通過(guò)操作內(nèi)部寄存器和外圍部件內(nèi)存映射的地址實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)方式都是通過(guò)對(duì)內(nèi)存讀、寫(xiě)兩種操作。

在匯編語(yǔ)言中，各種處理器都有對(duì)內(nèi)存的不同的尋址方式讀寫(xiě)內(nèi)存。在高級(jí)語(yǔ)言中，C語(yǔ)言是唯一可以進(jìn)行內(nèi)存操作的語(yǔ)言，C語(yǔ)言對(duì)內(nèi)存的操作主要需要通過(guò)指針來(lái)完成。

1、使用指針操作內(nèi)存

在C語(yǔ)言中，指針是一種非常重要的數(shù)據(jù)類(lèi)型。使用指針變量可以表示各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能很方便地使用數(shù)組和字符串，并能像匯編一樣處理內(nèi)存地址。指針的本質(zhì)就是一個(gè)地址，在32位的系統(tǒng)中，指針是一個(gè)32位的無(wú)符號(hào)整數(shù)。指針可以用一個(gè)變量來(lái)表示，變量的指針實(shí)際上就是變量的地址。存放變量地址的變量是指針變量。一個(gè)指針變量的值就是某個(gè)變量的地址或稱(chēng)為某變量的指針。

一個(gè)簡(jiǎn)單的指針應(yīng)用如下所示：

int a;

int *p = &a;

這個(gè)例子表示，整型指針型變量p指向a的地址，此時(shí)對(duì)*p的操作等同于對(duì)a的操作。

使用指針可以指向一個(gè)變量，也可以指向一個(gè)由malloc函數(shù)分配的內(nèi)存，例如：

void *p = malloc（1024）;

系統(tǒng)分配1024字節(jié)的內(nèi)存，然后讓變量p指向這塊內(nèi)存，即p的值是這1024字節(jié)的連續(xù)內(nèi)存的地址。在程序中就可以通過(guò)p來(lái)操作這塊內(nèi)存區(qū)域。在內(nèi)存使用完成后，需要使用free函數(shù)講內(nèi)存釋放。

free（p）;

在嵌入式系統(tǒng)中的程序開(kāi)發(fā)中，指針的值除了以上的兩種形式（從系統(tǒng)內(nèi)存分配或者指向變量）以外，還可以使用絕對(duì)的數(shù)值。這是由于在嵌入式系統(tǒng)中，外設(shè)寄存器和外部部件的內(nèi)存映射的地址空間可能都是固定的，因此可以使用指針來(lái)處理他們。

例如，如果需要在地址0x0040處寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)0xf0，可以使用如下的程序：

unsigned char *p = （unsigned char *）0x0040;

*p = 0xf0;

這個(gè)程序定義了一個(gè)指向0x0040地址的字節(jié)型的指針，然后向該地址寫(xiě)入數(shù)據(jù)0xf0。

上面的程序等同于：

*（unsigned char *）0x0040 = 0xf0;

所以說(shuō)不使用指針變量也可以對(duì)實(shí)際的地址操作。讀內(nèi)存的程序與之類(lèi)似，可以使用指針變量或者直接使用地址得到內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。

2、指針的類(lèi)型

前面的程序在內(nèi)存的一個(gè)指定的地址處寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)（8位）的數(shù)據(jù)。如果需要寫(xiě)入兩個(gè)字節(jié)（16位）的數(shù)據(jù)，需要改變指針類(lèi)型。例如：同樣向地址0x0040處寫(xiě)入兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)0x0f0f，需要使用如下的語(yǔ)句：

*（unsigned short*）0x0040 = 0x0f0f;

在這個(gè)語(yǔ)句中，使用unsigned short而不使用unsigned char，short在C語(yǔ)言中代表16位的整數(shù)。

如果寫(xiě)入4個(gè)字節(jié)（32位）的數(shù)據(jù)，則需要使用一下的程序：

*（unsigned long*）0x0040 = 0xf0f0f0f0;

在這個(gè)語(yǔ)句中，使用unsigned long，long在C語(yǔ)言中代表32位的整數(shù)。

在32位的系統(tǒng)中，一般編譯器認(rèn)為int代表是32位的整數(shù)，等同于long，所以習(xí)慣使用int代替long作為內(nèi)存操作的數(shù)據(jù)類(lèi)型。

注意：指針的類(lèi)型決定了使用指針進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)每次讀寫(xiě)字節(jié)的數(shù)目。

3、指針的增量

在對(duì)指針變量的操作中，有時(shí)需要對(duì)指針變量進(jìn)行加減運(yùn)算。例如：

unsigned char *p = （unsigned char *）0x0040;

P++;

*p = 0xf0;

這段程序的含義是向地址0x0041的字節(jié)處寫(xiě)入數(shù)據(jù)0xf0。

指針加減運(yùn)算的含義是：指針的單位增量（或減量）等于指針類(lèi)型所占的內(nèi)存量。

對(duì)指針進(jìn)行增量操作的使用，增加的單位是以指針類(lèi)型的大小：char類(lèi)型的增量表示增加1字節(jié)的內(nèi)存，short表示增加2字節(jié)的內(nèi)存，long和int表示增加4字節(jié)的內(nèi)存，這些工作是編譯器根據(jù)指針的類(lèi)型自動(dòng)完成的。

總結(jié)：對(duì)指針進(jìn)行加減運(yùn)算的時(shí)候，它的變化量與指針的類(lèi)型有關(guān)。

4、指針的類(lèi)型轉(zhuǎn)換

在C語(yǔ)言中，指針的類(lèi)型可以在使用的時(shí)候進(jìn)行轉(zhuǎn)換。指針的本質(zhì)是一個(gè)地址，在32位系統(tǒng)中，指針就是一個(gè)32位無(wú)符號(hào)的整數(shù)。因此，各種指針都可以相互轉(zhuǎn)化，而且指針在轉(zhuǎn)換過(guò)程并沒(méi)有任何實(shí)質(zhì)性的變化，只是告訴編譯器，目前的指針指向何種的內(nèi)存區(qū)域。

在嵌入式系統(tǒng)中，處理器的片內(nèi)設(shè)備一般都會(huì)映射到處理器的地址空間中。這些寄存器有可能是32位的，有可能只有8位，這時(shí)就需要使用C語(yǔ)言中不同類(lèi)型的指針。

總結(jié)：指針的本質(zhì)是一個(gè)無(wú)符號(hào)的整數(shù)，各個(gè)類(lèi)型的指針都可以進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。

責(zé)任編輯：haq