STM32 KEIL C99编程（一）使用指针修改const变量的探索

最新推荐文章于 2025-02-14 21:07:52 发布

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本文详细解析了const变量在STM32中的行为，展示了如何理解const和volatile的区别，特别关注了const全局变量的读写权限、结构体成员的__I修饰以及静态变量的访问控制。实验表明__I并未阻止Flash中的常量被意外修改，实际权限管理需依赖get/set接口。

一、关于const变量

const变量常被理解为常变量，一般不可被修改。在CMSIS中，一般常用__I表示：

#define   __I     volatile const       /*!< Defines 'read only' permissions                 */

实际上在keil默认的C99编译器中const修饰的变量仍然是变量，只是不允许出现在左值中。它作为一个变量，不能用来定义数组的长度，同样，在很多情况下依然是可以被修改的。

在GCC或者VC下，const变量的特点可以参考这一篇文章，个人觉得写的比较全面。

你真的理解了const和volatile关键字么？(我看不一定)

二、使用const修饰的全局变量

代码如下（示例）：

const int testfault = 1;
int main(void)
{
	int *p = (int*)&testfault;
	*p=10;
}

在VC中编译通过，但是运行报错！
在这里插入图片描述
那么在KEIL中呢？
首先我们看看map文件，找一下testfault所在的位置

可以看到该变量位于STM32的内部Flash中紧挨着最后一段Thumb Code。那么是不是意味着这个变量没法通过指针修改值，甚至运行时出现异常呢？我们一起来看指令
在这里插入图片描述

C代码中52行这一句话对应MOVS和STR这两行指令，截图中当MOVS指令执行完毕以后，R1寄存器被填入了立即数10，我们再下一步执行STR指令。
在这里插入图片描述
执行完了，神马也没有发生！我们来检查一下memory里面的值

不仅testfault的值没有变，连*p值也没有变！值没变，程序没报错，指令有在执行说明也没有被编译器优化。

结论：使用const修饰的全局变量位于内部flash/ROM中紧挨着代码段，值不会被修改。和VC不同的是，STM32程序不会报错。

三、用结构体组织的全局变量中的成员使用const修饰

代码如下（示例）：

/* pwm_globalvariable.c */
typedef struct
{ 
	__I uint16_t PWMValue;
	uint16_t AC_Freq16;
	float AC_Freq;
}PWM_VARI;

__IO PWM_VARI pwm_vari；

结构体中PWMValue成员被__IO修饰，即volatile const，我们还是先看看map文件
在这里插入图片描述
可以看到这个结构体变量的地址位置和其他的全局变量没什么不同，都是从0x20000010开始的（2000000~20000009存的是RCC的内容）。

这个成员的地址也没有什么特殊的，就是结构体的首地址。我们来试一下用指针修改它的值。
在这里插入图片描述
不出所料，成功修改！

四、在三的基础上，再加上static修饰

STM32的中断服务函数只能是 void function(void)，所以全局变量往往是不可避免的。为了防止全局变量满天飞，也为了避免修改时数组越界，或者修改一半时触发中断等等导致全局变量被意外“污损”，这里对全局变量进行static修饰，防止其被其他c文件的函数直接修改，并设计get/set接口供其他C文件的函数访问。
pwm_globalvariable.h

/*  pwm_globalvariable.h 
	定义结构体类型*/
typedef struct
{ 
	__I uint16_t PWMValue;
	uint16_t AC_Freq16;
	float AC_Freq;
}PWM_VARI;

typedef struct
{ 
	uint16_t PWMValue;
	uint16_t AC_Freq16;
	float AC_Freq;
}USER_PWM_VARI;

/* get/set接口 */
void set_pwm_vari(USER_PWM_VARI *p);
void set_pwm_member_u16( USER_PWM_VARI *base, uint16_t *member );
void set_pwm_member_f( USER_PWM_VARI *base, float *member );

void get_pwm_vari(USER_PWM_VARI *p);
void get_pwm_member_u16( USER_PWM_VARI *base, uint16_t *member );
void get_pwm_member_f( USER_PWM_VARI *base, float *member );

pwm_globalvariable.c

/*  pwm_globalvariable.c 
	定义全局变量，带有static
	跨文件访问只能使用接口*/
#include "./vari/PWM_GlobalVariable.h"
__IO static PWM_VARI pwm_vari;

void set_pwm_vari(USER_PWM_VARI *p)
{
    pwm_vari.AC_Freq = p->AC_Freq;
    pwm_vari.AC_Freq16 = p->AC_Freq16;
}

void set_pwm_member_f( USER_PWM_VARI *base, float *member )
{
	float *cl;		
	cl = (float *) ((uint32_t)&pwm_vari + ((uint32_t)member - (uint32_t)base)); 
	*cl = *member;
}

void set_pwm_member_u16( USER_PWM_VARI *base, uint16_t *member )
{
	uint16_t *cl;		
	cl = (uint16_t *) ((uint32_t)&pwm_vari + ((uint32_t)member - (uint32_t)base));
	*cl = *member;
}

void get_pwm_vari(USER_PWM_VARI *p)
{
    p->PWMValue = pwm_vari.PWMValue;
    p->AC_Freq = pwm_vari.AC_Freq;
    p->AC_Freq16 = pwm_vari.AC_Freq16;
}

void get_pwm_member_f( USER_PWM_VARI *base, float *member )
{
	float *cl;		
	cl = (float *) ((uint32_t)&pwm_vari + ((uint32_t)member - (uint32_t)base));
	*member = *cl;
}

void get_pwm_member_u16( USER_PWM_VARI *base, uint16_t *member )
{
	uint16_t *cl;		
	cl = (uint16_t *) ((uint32_t)&pwm_vari + ((uint32_t)member - (uint32_t)base));
	*member = *cl;
}

h文件中设计了两个成员组织完全一样的结构体，唯一的区别就是用于保存全局变量的PWM_VARI中的第一个成员使用了__I修饰，而用于副本的USER_PWM_VARI则没有。采用__I修饰的成员一般都使用了DMA，因此设计时希望它禁止被软件修改故加上__I。那么，加上__I能够达到目的吗？我们尝试使用set_pwm_member_u16函数来修改pwm_vari.PWMValue（试验时禁用了DMA）。
在这里插入图片描述

其实和第三节的情况没什么变化，结构体依然被分配到了相同的地址。不同点在于使用了接口函数，而接口函数内部也是在使用指针操作。__I并没有起到防止变量被修改的效果，真正想要实现全局变量的IO权限，只能自己动手把get/set方法实现好。

五、改进的set方法

这里只是根据本文中用于DMA传输的变量全部布置在结构体头部的特点，编写了宏函数
#define CHECK_POINT_THEN_ASSIGN(checkP, mem)，其中&(pwm_vari.AC_Freq16)为第一个非__I变量的地址用于判断修改位置，并不具备一般参考性，未来仍需改进。

#define CHECK_POINT_THEN_ASSIGN(checkP, mem)                                   \
	if((uint32_t)(checkP) >= (uint32_t)&(pwm_vari.AC_Freq16))                  \
		*(checkP) = *(mem);                                                    \
	else                                                                       \
		return;

void set_pwm_vari(USER_PWM_VARI *p)
{
    pwm_vari.AC_Freq = p->AC_Freq;
    pwm_vari.AC_Freq16 = p->AC_Freq16;
}

void set_pwm_member_f( USER_PWM_VARI *base, float *member )
{
	float *cl;		
	cl = (float *) ((uint32_t)&pwm_vari + ((uint32_t)member - (uint32_t)base)); 
	CHECK_POINT_THEN_ASSIGN(cl, member)
}

void set_pwm_member_u16( USER_PWM_VARI *base, uint16_t *member )
{
	uint16_t *cl;		
	cl = (uint16_t *) ((uint32_t)&pwm_vari + ((uint32_t)member - (uint32_t)base));
	CHECK_POINT_THEN_ASSIGN(cl, member)
}