学习使用带参宏,提高编程基础(一)

正念君

一位热爱编程的程序员

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带参宏实例分享

公司某项目用到DSP+FPGA架构(当然不是著名的ARM+DSP+FPGA点灯项目

),我的发展方向为DSP方向。其中DSP与FPGA通过两个带参宏进行数据交互(DSP与FPGA通过一块共享内存来实现数据交互,我这边的DSP只要往共享内存中写入数据即为往FPGA中写数据,往共享内存中读取数据就是读取FPGA发送过来的数据),如下图:

也即:

#define FPGA_WRITE(data_out, base_addr, offset) ((((volatile uint32*)base_addr)[(offset)]) = (data_out))
#define FPGA_READ(data_in, base_addr, offset) ((data_in) = (((volatile uint32*)base_addr)[(offset)]))

带参宏也称做宏函数,宏函数FPGA_WRITE(data_out, base_addr, offset)用于往FPGA发送数据。其中

参数data_out:要写入的数据。

参数base_addr:基地址。

参数offset:相对于基地址的偏移量。

该宏函数实体为:

((((volatile uint32*)base_addr)[(offset)]) = (data_out))

我们先看等号左边,从最里层的括号开始看,(volatile uint32*)base_addr的意思是把base_addr强制转换为(volatile uint32*)类型的数据,其中加volatile关键字的作用是确保本条指令不会因编译器的优化而省略。volatile在嵌入式编程中用得很多,如在Cortex-M3内核MCU的内核文件的C函数内嵌汇编中使用了大量的volatile关键字:

关于volatile关键字更多的介绍可查看往期分享:来看一看volatile关键字

((volatile uint32*)base_addr)[(offset)]的意思是相对于base_addr偏移offset个内存单元后所占的空间,此时已经转变为了base_addr[offset],这就可以看做数组base_addr的第offset个元素,所以可以给它赋值。等号右边的数据data_out就是给数组元素base_addr[offset]进行赋值的。数组和指针在此处其实是可以等价的,所以

((volatile uint32*)base_addr)[(offset)]

其实可以等价为:

*(((volatile uint32*)base_addr) + offset)

(ps:数组与指针不是总是等价的,关于数组与指针不等价的问题可查看往期分享:【重要】数组与指针不等价

宏函数FPGA_READ(data_in, base_addr, offset)用于读取FPGA发送过来的数据,其实体为:

((data_in) = (((volatile uint32*)base_addr)[(offset)]))

同写函数的分析方法类似,此处从等号右边的最里层括号开始看,分析过程省略,具体的可查看写数据函数FPGA_WRITE的分析过程。此处等号右边的

(((volatile uint32*)base_addr)[(offset)]))

可以等价于:

*(((volatile uint32*)base_addr) + offset))

为什么要在宏函数实体的参数的两边加上括号呢?为什么要在宏函数实体的两边加上括号呢?

答:虽然有时候不加括号也没什么问题,但是,更严格的做法是给参数加括号、给宏函数实体加括号,这样可以避免二义性。关于宏函数的二义性将在下一篇笔记中分享,欢迎阅读!

以上两个带参宏的测试用例

/********************************************************************************
* 宏函数FPGA_WRITE、FPGA_READ测试用例
******************************************************************************/
#include <stdio.h>

#define uint32 unsigned int

#if 1
// 调用这两个宏可往共享内存中读写数据
#define FPGA_WRITE(data_out, base_addr, offset) ((((volatile uint32*)base_addr)[(offset)]) = (data_out))
#define FPGA_READ(data_in, base_addr, offset) ((data_in) = (((volatile uint32*)base_addr)[(offset)]))

#else
// 以上宏等效的写法
#define FPGA_WRITE(data_out, base_addr, offset) (*(((volatile uint32*)base_addr) + offset) = (data_out))
#define FPGA_READ(data_in, base_addr, offset) ((data_in) = *(((volatile uint32*)base_addr) + offset))
#endif

int main(void)
{
  // 变量定义
  uint32 arr[6] = {0, 1, 2, 3, 4, 5};
  uint32 *ptr = arr;
  uint32 data_write = 520;
  uint32 data_read = 0;

// 验证宏函数FPGA_WRITE
  FPGA_WRITE(data_write, ptr, 3); // 此时arr[3]的值会被data_write的值覆盖
  printf("arr[3] = %d\n", arr[3]);
  if (data_write == arr[3])
  {
    printf("宏函数FPGA_WRITE验证成功!\n\n");
  }

// 验证宏函数FPGA_READ
  FPGA_READ(data_read, ptr, 5); // 此时data_read的值会被arr[5]的值覆盖
  printf("data_read = %d\n", data_read);
  if (data_read == arr[5])
  {
    printf("宏函数FPGA_READ验证成功!\n");
  }
  return 0;
}

以上的测试方法是:定义一个数组arr,定义一个基地址ptr(指针变量),基地址ptr指向arr,此时ptr就可以与数组arr相关联起来了,即相对于ptr偏移offset个内存单元其实就是等价于arr[offset]。

FPGA_WRITE(data_write, ptr, 3);

这条语句的意思就是往ptr往后第3个内存单元写入数据data_write,即arr[3] = data_write;,arr[3]由原来的3变成了520。

FPGA_READ(data_read, ptr, 5);

这条语句的意思就是把ptr往后第5个内存单元中的数据赋给data_read变量,即data_read = arr[5];,data_read由原来的0变成了5。程序运行结果如下:

可见,程序输出结果与我们分析的一致!带参宏很重要,在一定程度上可以帮助我们防止出错,提高代码的可移植性和可读性等,应重点掌握。下一篇笔记我们将分享更多的带参宏的笔记,欢迎阅读。

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