如何从 AVR C 中的内存地址调用函数？

Posted 2023-02-22

【中文标题】如何从 AVR C 中的内存地址调用函数？

【英文标题】：How does one call a function from it's memory address in AVR C?

【发布时间】：2020-02-06 05:14:02

【问题描述】：

我正在写一个函数：

void callFunctionAt(uint32_t address)
  //There is a void at address, how do I run it?

这是在 Atmel Studio 的 C++ 中。如果要相信前面的问题，简单的答案是写“address();”行。这不可能是正确的。如果不改变这个函数的头部，如何调用位于给定地址的函数？

对于所有支持标准 c++ 编译的微控制器，答案应该与系统无关。

【问题讨论】：

我不明白你想做什么。当我阅读主题时，我坚持你问“函数存储在哪里”，但当我阅读其余部分时，我感到困惑。

@dunajski 我知道函数的存储位置。如何仅基于该位置运行它？

optiboot.h 在引导加载程序中包装了对 do_spm 函数的调用。看看能不能从中提取出你想要的东西github.com/Optiboot/optiboot/blob/master/optiboot/examples/…

这是否是基于 AVR 的 MCU？请修复您的标签，或者更好地在问题中简单地说明目标 MCU，正如答案中所指出的那样，AVR 是一种特殊的野兽，充其量很难做到这一点，其他的则什么都不是。

对于所有支持标准 c++ 编译的微控制器，答案不能与系统无关，您需要删除该要求。这不是嵌入式世界的运作方式。

【参考方案1】：

执行此操作的常用方法是为参数提供正确的类型。然后你可以马上调用它：

void callFunctionAt(void (*address)()) 
  address();

---

然而，既然你写了“不改变这个函数的头[...]”，你需要把无符号整数转换成一个函数指针：

void callFunctionAt(uint32_t address) 
  void (*f)() = reinterpret_cast<void (*f)()>(address);
  f();

但这不安全也不可移植，因为它假定uint32_t 可以转换为函数指针。这不一定是真的：“[...] 与所有微控制器的系统无关 [...]”。函数指针可以具有 32 位以外的其他宽度。通常，指针可能包含的不仅仅是纯地址，例如包括用于内存空间的选择器，具体取决于系统的架构。

---

如果您从链接描述文件中获得地址，您可能会这样声明它：

extern const uint32_t ext_func;

并且喜欢这样使用它：

callFunctionAt(ext_func);

但是你可以把声明改成：

extern void ext_func();

并直接或间接调用它：

ext_func();

callFunctionAt(&ext_func);

链接器中的定义可以保持原样，因为链接器对类型一无所知。

【讨论】：

您只是将问题移出 callFuctionAt。问题是如何使用包含地址的 uint32_t 类型的参数来调用 callFuctionAt。所以向 OP 展示如何将地址转换为函数

谢谢@Juraj，我补充了一些想法。 -- 顺便说一句，您在问题评论中的示例并没有 解决问题。它将地址 a 作为整数再向下移动一级。

这是一个非常有趣的。谢谢你的回答。很有用

【参考方案2】：

没有通用的方法。这取决于您使用的编译器。下面我假设avr-g++，因为它很常见并且免费提供。

剧透：在 AVR 上，它比在大多数其他机器上更复杂。

假设您实际上有一个uint32_t 地址，它是一个字节地址。 avr-g++ 中的函数指针实际上是字地址，其中一个字有 16 位。因此，您必须先将字节地址除以 2 才能获得字地址；然后将其转换为函数指针并调用它：

#include <stdint.h>

typedef void (*func_t)(void);

void callFunctionAt (uint32_t byte_address)

    func_t func = (func_t) (byte_address >> 1);
    func();

如果你从单词地址开始，那么你可以毫不费力地调用它：

void callFunctionAt (uint32_t address)

    ((func_t) word_address)();

这仅适用于闪存高达 128KiB 的设备！ 原因是avr-g++ 中的地址是 16 位长，参见。 void* 的布局与 avr-gcc ABI 相同。 这意味着在闪存 > 128KiB 的设备上使用标量地址通常不起作用，例如当您在 ATmega2560 上发出 callFunctionAt (0x30000) 时。

在此类设备上，EICALL 指令使用的Z 寄存器中的 16 位地址由EIND 特殊功能寄存器中保存的值扩展，您不得更改EIND 输入main 后。 avr-g++ documentation is clear about that。

这里的关键点是您如何获取地址。首先，为了正确调用和传递它，请使用函数指针：

typedef void (*func_t)(void);

void callFunctionAt (func_t address)

    address();


void func (void);

void call_func()

    func_t addr = func;
    callFunctionAt (addr);

我在声明中使用void 参数，因为这就是你在 C 中的做法。 或者，如果你不喜欢 typedef：

void callFunctionAt (void (*address)(void))

    address();


void func (void);

void call_func ()

    void (*addr)(void) = func;
    callFunctionAt (addr);

如果您想在特定字地址调用函数，例如 0x0 以“重置”¹ µC，您可以

void call_0x0()

    callFunctionAt ((func_t) 0x0);

但这是否有效取决于您的向量表所在的位置，或者更具体地说，取决于启动代码如何初始化EIND。始终有效的是使用符号并在与以下代码链接时使用 -Wl,--defsym,func=0 定义它：

extern "C" void func();

void call_func ()

    void (*addr)(void) = func;
    callFunctionAt (addr);

与直接使用0x0相比，最大的区别在于编译器会将符号func与符号修饰符gs包装起来，而直接使用0x0时不会这样做：

_Z9call_funcv:
    ldi r24,lo8(gs(func))
    ldi r25,hi8(gs(func))
    jmp _Z14callFunctionAtPFvvE

如果地址超出EIJMP 的范围，则需要这样做，以建议链接器生成存根。

¹ 这不会重置硬件。强制复位的最佳方法是让看门狗定时器 (WDT) 为您发出复位。

---

方法

还有一种情况是当你想要一个类的非静态方法的地址时，因为在这种情况下你还需要一个this 指针：

class A

    int a = 1;
public:
    int method1 ()  return a += 1; 
    int method2 ()  return a += 2; 
;

void callFunctionAt (A *b, int (A::*f)())

    A a;
    (a.*f)();
    (b->*f)();


void call_method ()

    A a;
    callFunctionAt (&a, &A::method1);
    callFunctionAt (&a, &A::method2);

callFunctionAt 的第二个参数指定了你想要的（给定原型的）方法，但你还需要一个对象（或指向一个对象的指针）来应用它。 avr-g++ 将在获取方法的地址时使用gs（前提是不能内联以下调用），因此它也适用于所有 AVR 设备。

【讨论】：

OP 用“sam”标记了这个问题，意思是 Atmel 的 SAM 系列，它使用 ARM 内核。

我很困惑……它同时被标记为avr 和sam，所以问题同时针对两者？

【参考方案3】：

基于 cmets，我认为您是在询问微控制器如何调用函数。 你能编译你的程序来查看汇编文件吗？ 我建议您阅读其中之一。 编译后的每个函数都被转换为 CPU 可以执行的指令（加载到寄存器、添加到寄存器等）。 因此，您的 void foo(int x) statements; 编译为简单的 CPU 指令，并且每当您在程序中调用 foo(x) 时，您将转向与 foo 相关的指令 - 您正在调用子程序。 据我所知，AVR 中有一个CALL 函数来调用子程序，子程序的名称是执行程序跳转和在地址调用下一条指令的标签。 我想你可以通过阅读一些 AVR 汇编教程来澄清你的疑惑。 看到 CPU 在调用我编写的函数时究竟做了什么很有趣（至少对我而言），但它需要知道指令是做什么的。您使用 AVR 进行开发，因此您可以在此 PDF 中阅读 set of instructions 并与您的程序集文件进行比较。