C结构，其中元素跨越字节边界并放置在下一个字节中

Question

我有下面的C结构，表示外部芯片中的一个寄存器

typedef union {
    // Individual Fields
    struct {
        uint8_t ELEM_1 : 4 ; // Bits 0-3
        uint8_t ELEM_2 : 3 ; // Bits 4-6
        uint8_t ELEM_3 : 2 ; // Bits 7-8
    } field;
    // Complete Value
    uint32_t value;
} ELEMENTS_t;

正如您所看到的，ELEM_1和ELEM_2可以毫无问题地放入一个字节中，并且在访问时，汇编代码如下所示

    ELEMENTS.field.ELEM_2 = 0x7;
  101488:   e55b3028    ldrb    r3, [fp, #-40]  ; 0xffffffd8
  10148c:   e3833070    orr r3, r3, #112    ; 0x70
  101490:   e54b3028    strb    r3, [fp, #-40]  ; 0xffffffd8
    ELEMENTS.field.ELEM_1 = 0xf;
  101494:   e55b3028    ldrb    r3, [fp, #-40]  ; 0xffffffd8
  101498:   e383300f    orr r3, r3, #15
  10149c:   e54b3028    strb    r3, [fp, #-40]  ; 0xffffffd8

它们都被写入具有正确位顺序的同一字节中。

问题是当我们到达ELEM_3时，该元素跨越了字节边界，因为它应该放在位8:7中，并且为了避免多次内存访问(可能)，编译器将它放在一个完全独立的字节中，所以当我试图访问它时，它看起来像这样

    ELEMENTS.field.ELEM_3  = 0x3;
  10147c:   e55b3027    ldrb    r3, [fp, #-39]  ; 0xffffffd9
  101480:   e3833003    orr r3, r3, #3
  101484:   e54b3027    strb    r3, [fp, #-39]  ; 0xffffffd9

当逐个字段访问这些元素时，这不会导致问题，但当尝试将数据刷新到外部芯片时，它会导致问题。

有没有人知道如何告诉编译器把所有的代码打包在一起？它使用的是Xilinx SDK，目标是嵌入Zynq SoC中的ARM Cortex-A9处理器。

Answer 1

你不能把9位压缩到一个字节中。所以它跨越了字节边界。如果寄存器为单字节，则应仅访问位0至7。

如果您需要同时设置多个位，可能还有其他问题。

Answer 2

我找到了一个解决方案。如果我将所有元素设置为uint32_t而不是uint8_t，它将一次读写32位寄存器，这使得操作可以正常工作。

    ELEMENTS.field.ELEM_3 = 0x3;
  10147c:   e15b32b8    ldrh    r3, [fp, #-40]  ; 0xffffffd8
  101480:   e3833d06    orr r3, r3, #384    ; 0x180
  101484:   e14b32b8    strh    r3, [fp, #-40]  ; 0xffffffd8
    ELEMENTS.field.ELEM_2 = 0x7;
  101488:   e55b3028    ldrb    r3, [fp, #-40]  ; 0xffffffd8
  10148c:   e3833070    orr r3, r3, #112    ; 0x70
  101490:   e54b3028    strb    r3, [fp, #-40]  ; 0xffffffd8
    ELEMENTS.field.ELEM_1 = 0xf;
  101494:   e55b3028    ldrb    r3, [fp, #-40]  ; 0xffffffd8
  101498:   e383300f    orr r3, r3, #15
  10149c:   e54b3028    strb    r3, [fp, #-40]  ; 0xffffffd8