組み込み系C言語の学習法

2013/01/18 17:52

OrangeCup150の回答

OrangeCup150
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2013/01/19 10:01 回答No.6

私はアセンブラはあまり分かりませんが、Ｃ言語で変数がどのように番地に割り当てられるかを説明します。ご参考いただければ幸いです。（また、正確かどうか確認していないので間違いがありましたらご容赦ください）開発環境のウィザードが作成したヘッダファイルで番地と変数名を以下のように対応付けています。 #pragma ADDRESS グローバル変数名番地これは変数名と番地を対応付けているだけです。これにあわせて、通常の変数宣言を行います。これで、変数名、番地、型情報が結びつけられアクセスできます。構造体も最終的にはメンバ変数の型でアクセスされます。 #pragma ADDRESS xxx 番地 unsigned char xxx; /* 上の pragma ADDRESS で指定した番地を読み書きする変数 */ #pragma ADDRESS yyy 番地 struct { unsigned char a; unsigned char b; unsigned char c; unsigned char d; } yyy; /* 同様に yyy.a が番地に対応し番地+1 が yyy.b に対応するメンバ変数になります。 */ yyy は yyy.a とおなじ番地ですが yyy は構造体型のサイズ単位（上記の例では４バイト　構造体型のサイズはコンパイラが自動的に計算を行います）、 yyy.a は unsigned char で1バイト単位に読み書きを行います。 IOをメモリの番地で行うタイプであれば、こんな感じでレジスタの操作ができます。 #pragma ADDRESS はこういう目的のためにグローバル変数のアドレスをコンパイラやリンカに指示するために使われます。通常は、コンパイラとリンカは規則にもとづいて最適なアドレスを割り当てます。（たとえば各変数をぎゅうぎゅう詰めにしてメモリ使用量を最小にするか、アクセス速度の良いアライメントに配置して実行速度を稼ぐなど（メモリ使用量のロスが発生する））アライメントは、たとえばパソコンなどでは下のように空白をおいて、メンバ変数のアドレスが4の倍数で始まるようにすることです。メモリのバスの都合に合わせて高速化しています。組み込みではあまり関係ないかもしれませんが、相互運用性上、アライメントに使用する倍数は環境依存で問題になることがあります。 struct a{ unsigned char a; /* 0 */ /* unsinged char [3] 分の空白がコンパイラによって置かれる */ unsinged int b; /* 4 */ unsinged int c; /* 8 */ }; ただし、 char 型は例外で詰め物はされません。（実用的な仕様だけど変則的） struct a { unsigned char a; /* 0 */ unsigned char b; /* 1 */ unsigned char c; /* 2 */ unsigned char d; /* 3 */ }; 構造体のビットフィールドを使用してビット単位にアクセスできます。 #pragma ADDRESS zzz 番地 union { struct { unsigned char b7:1; /* メンバ変数名：メンバに割り当てるビット数。1ビットずつ割り振ることでビット番号のビットを個別に操作できる */ unsigned char b6:1; /*略*/ unsigned char b1:1; unsigned char b0:1; } bit; unsigned char byte; } zzz; zzz.bit.b7 = 1; zzz.byte = 0x80; 共用体の zzz は pragma ADDRESS で指定した番地を指し、共用体中の bit 構造体変数と byte 変数は同じ番地（zzz）に対して異なる方法での読み書きを提供します。つまり、共用体は同じ番地(zzz)に対して異なる型(bit や byte)でアクセスします。 union COLOR_tag { long color; struct { unsigned char r, g, b, x; } RGB; }; union COLOR_tag dot; dot.color = 0xFF00FF00; dot.RGB.r = 0xFF; dot.RGB.g = 0x00; dot.RGB.b = 0xFF; dot.RGB.x = 0x00; 一般的にはRGBカラー値の操作で上記のような共用体を使うことなどで知られています。（共用体なんて使う人はごくわずかですから共用体を使う人にとっては上記は一般的ですが、実際はそれほど知られていないとおもいます。）補足　型宣言の構文 union タグ名 { メンバ変数; } 変数名 ; struct タグ名 { メンバ変数; } 変数名 ; 型宣言の後に変数名を書いて変数宣言をいっしょにするとタグ名を省略することができます。しかし、別のところで変数宣言するときにはタグ名を使用する必要があるので、省略しない方が良いです。配列は、配列の先頭の要素のアドレス＋型のサイズ×インデックスのようにアドレスを自動的に解決していると考えてください。 unsigned char a[10]; int i[10]; a[1] では、 a のアドレス + 1 に対する1バイトの操作ですが、 i[1] は i のアドレス + 2 に対する2バイトの操作です。このように、インデックスに型のサイズ（unsinged char は×１ int は×２）を掛けたアドレスを操作します。（int 型のサイズは環境によってことなり 2byte か 4byte です） 2次元配列の場合、たとえば int ary [10][3] ; の場合、 ary[0][0] 1000 ary[0][1] 1002 ary[0][2] 1004 ary[1][0] 1006 ary[1][1] 1008 ary[1][2] 100A ary[2][0] 100C ary[2][1] 100E 以下略のように後ろ側の要素数の配列（内側の配列）からアドレスが割り当てられます。 ary[1][2] は、 ary + (sizeof(int[3]) * 1) + (sizeof(int) * 2) のアドレスになります。( sizeof(型名) または sizeof(変数名) はコンパイラが計算したデータ型のサイズに置換されます ) 関数の宣言で void func_x(int a[][3]) や void func_y(int a[][10][3]) のように一番外側の要素数の指定を省略した宣言ができるのも上記の配列の割り振り規則の効用です。（しかし、10個が３セットと間違って解釈している人も多いです。正しくは、3個が10セットのように右側（内側）から解釈します）ポインタについては簡単に述べると変数の番地を持つ変数です。 int x; int *p; /* ポインタの変数宣言 */ p = &x; /* ポインタの書き込み */ *p = 10; /* ポインタの示す先の書き込み */ ポインタを利用するとポインタの示す番地をポインタの型で読み書きできます。上記の例では p に x の番地を代入し、 int 型で書き込み(10を代入)を行っています。構造体の場合、矢印演算子を使ってメンバ変数にアクセスする必要があります。 struct x_tag x, *p; p = &x; p->member = 10; *p.member では通常、正しくアクセスできません。 *(p.member) と解釈されるため。すなわち、ポインタ変数の番地(&p)＋メンバ変数オフセット（構造体の先頭からの位置）の番地に対する操作と解釈される。 (*p).member または p[0].member とすると正しくアクセスできます。ポインタの示す番地＋メンバ変数のオフセットと解釈される。どうみても、言語仕様の欠陥*1です。 (*pointer).member や pointer[0].member 表記が好まれなかったために pointer->member 表記が作られたのでしょう。 p[0] や p[1] は、ポインタの示すアドレス＋ポインタのデータ型のサイズ×インデックス、でアクセスするアドレスを解決しています。すこし、話はそれますが・・・。 int* p, x; int *p, x; 上と下は同じです。 p は int 型のポインタ、 x は int 型の変数です。つまり int 型は p と x 両方に掛かっているのに、ポインタ宣言は各々の変数名にのみ掛かるという規則です。両方ポインタにするときには各々の変数名に修飾します。 int *p1, *p2; Ｃ言語は変数宣言するときの型の装飾規則が非常にややこしいです。普通に使う分にはさほど難しくないですが、実際に近い使用例は下記のようになります。 #pragma ADDRESS xxx0 0xXXXXXXXX #pragma ADDRESS xxx1 0xXXXXXXXX #pragma ADDRESS xxx2 0xXXXXXXXX #pragma ADDRESS xxx3 0xXXXXXXXX union xxx { struct {