基于DWC_ether_qos的以太網(wǎng)驅(qū)動開發(fā)-LWIP的堆(內(nèi)存池)未對齊導(dǎo)致問題的案例分享

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一.前言

內(nèi)存未對齊訪問問題這個已經(jīng)是老生常談的問題了, 由于LWIP的堆管理中也用到了地址(指針)強(qiáng)制轉(zhuǎn)換所以也會遇到這個問題。對于老手比較容易發(fā)現(xiàn)，對于新手可能會比較疑惑。所以也單獨(dú)分享一個案例吧，權(quán)當(dāng)一個小的check list的case。

二.問題

Lwipopts.h中MEM_ALIGNMENT可以配置堆對齊大小,有問題時是配置為1

#define MEM_ALIGNMENT 1U

異常時打印寄存器如下，當(dāng)然不同平臺異常時如何獲取上下文信息方式不一樣，不在本文討論范圍內(nèi)，我這里是RISC-V環(huán)境。

看到打印的mepc是0x20006C88，異常原因是地址未對齊。

所以是在運(yùn)行0x20006C88時進(jìn)入了異常，當(dāng)然這個地方不一定是原始問題所在點(diǎn)，異?？赡苁桥芰撕芫貌懦霈F(xiàn)的。

所以先在這里打個斷點(diǎn)試試

可以看到是pbuf.c的代碼中，所以可以懷疑是內(nèi)存池或者堆的問題。

我們運(yùn)行發(fā)現(xiàn)斷點(diǎn)并不能觸發(fā)，之前就已經(jīng)異常了，所以只能跟代碼逐漸縮小范圍確認(rèn)問題的。一般采用的方式是，逐步斷點(diǎn)或者打印或者刪除代碼，逐步縮小范圍的方法。

可以借鑒一些二分的思想，加快定位。

這里還是從pbuf開始，先找到相關(guān)代碼上層函數(shù)處，斷點(diǎn)

b pbuf_init_alloced_pbuf

看到異常前是可以停下來的

看到此時p的值是0x28201406

查看如下匯編代碼可知

sw zero,0(a0)即對應(yīng)代碼p->next = NULL;

sw是word操作指令，但是地址a0不是word對齊，所以會產(chǎn)生異常

再si單步確實進(jìn)入異常

所以問題確認(rèn)了。

因為堆是分配的一塊區(qū)域，每一塊區(qū)域的開始地址對齊值就是上面設(shè)置的對齊大小，分配區(qū)塊后作為其他模塊使用，比如pbuf使用，前面部分作為管理結(jié)構(gòu)體

struct pbuf 操作，所以實際是將一個區(qū)塊地址強(qiáng)制轉(zhuǎn)為了結(jié)構(gòu)體指針。

此時訪問結(jié)構(gòu)體成員，編譯器是自動按照自然對齊生成匯編指令的，因為編譯器并不知道你的對齊要求，所以如果系統(tǒng)不支持對應(yīng)的指令非對其訪問就有問題，但是有些系統(tǒng)對應(yīng)的匯編指令的行為支持不對齊訪問那么就沒有問題。

當(dāng)然出于可靠性設(shè)計，建議不要進(jìn)行強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，比如MISRA標(biāo)準(zhǔn)里的規(guī)范就是如此。

如果代碼要做到兼容性可靠性非常好就要注意這個問題，此時不能使用強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，而是使用字節(jié)序手動拼接得到成員的值。

但是出于靈活性考慮，很多協(xié)議棧的設(shè)計都是直接使用強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換的，所以這時用戶就需要注意，比如這里我們可以配置#define MEM_ALIGNMENT 4U

來保證上述分配出來的地址p是4字節(jié)對齊的，所以按照偏移，其成員也是4字節(jié)對齊的，sw指令操作的就是4字節(jié)對齊的成員，就不會有問題。

三.總結(jié)

以上分享一個簡單的案例，目的是提醒下要注意類似問題，尤其有指針強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換的要注意對齊問題。問題不難，也不復(fù)雜，但是可以作為check list的case可以作為檢查項目。

審核編輯 黃宇