寄存器定义

ARM编程:关于ARM寄存器的宏定义
[gf86530430] [136次] 2008-8-27
请问各位大虾:
在ARM的头文件里,对与寄存器的定义为什么不跟51的一样?代码如下:
#define rUTXH0 (*(volatile unsigned char *)0x1d00020)
#define rUTXH1 (*(volatile unsigned char *)0x1d04020)
#define rURXH0 (*(volatile unsigned char *)0x1d00024)
#define rURXH1 (*(volatile unsigned char *)0x1d04024)
#define WrUTXH0(ch) (*(volatile unsigned char *)0x1d00020)=(unsigned char)(ch)
#define WrUTXH1(ch) (*(volatile unsigned char *)0x1d04020)=(unsigned char)(ch)
#define RdURXH0() (*(volatile unsigned char *)0x1d00024)
#define RdURXH1() (*(volatile unsigned char *)0x1d04024)
#define UTXH0 (0x1d00020)     //byte_access address by BDMA
#define UTXH1 (0x1d04020)
#define URXH0 (0x1d00024)
#define URXH1 (0x1d04024)

对于寄存器 知道地址 直接 用#define URXH1 0x1d04024
就好了,干什么还用(*(volatile unsigned char *)0x1d00020)搞个强制类型转化啊?
请知道的大侠,详细的解答一下,小弟在这里不胜感激!!!!!

可以简化后面的程序[qllaoda] [80次] 2008-8-27 10:53:08


用这种方式定义后,你就可以直接用
rUTXH0=xxx或xxx=rUTXH0之类的方式来读写寄存器了

但是为什么不直接用#define add呢?[gf86530430] [65次] 2008-8-28 8:39:54


但是,下面有些用于DMA方式的寄存器就没这么写,为什么要有区别,
还有直接定义他的地址不是也可以么?
#define uart 0x00000060
i = uart;
请qllaoda 大侠详细解释一下 ,麻烦!

这样当然不行[qllaoda] [64次] 2008-8-28 9:20:37


#define uart 0x00000060
i = uart;

这样的语句,经过宏替换后,就相当于
i=0x00000060;
这样的语句当然达不到读写寄存器的效果。


哦 那我这样写呢?[gf86530430] [64次] 2008-8-28 13:00:46


51有个Sfr 这个关键字所以可以直接定义寄存器
如 Sfr SBUF 0xc6;
ARM不支持 这样的方式,
但是 我这样定义不行么?
unsigned int SBUF _at_  0xc6;
如果不考虑 资源占用情况的化,也是可以实现对寄存器固定地址的访问的?
请qllaoda 解释
麻烦了!!

ARM编译器不支持sfr关键字。[qllaoda] [45次] 2008-8-28 16:11:33


但是按照变量的方式定义呢?[gf86530430] [52次] 2008-8-28 16:21:03


假如不考虑资源占用的情况
用变量定义是否可以?
unsigned char SBUF _at_ 0xc5;


寄存器不等同于普通变量,那种方法是通用的标准方法,你就别在这个问题上钻牛角尖了[qllaoda] [52次] 2008-8-28 16:48:58


呵呵,谢谢qllaoda及anno![gf86530430] [36次] 2008-8-29 8:40:29


呵呵,谢谢qllaoda及anno的答复<BR>我就是不明白,知识应该是相通的,可能是有点转牛
角尖了。<BR>结贴吧!

是一个地址指针的概念[anno] [62次] 2008-8-28 9:42:30


首先寄存器的话 肯定是定义为指针类型比较好的
51之所以可以那么定义是keil编译器的功能
而标准C的话是不能识别那样的地址定义的
用了volatile是防止编译器优化导致数据读写出错
具体的你可以上网看看volatile的使用规则

你那么定义也行,只不过用时加上[ddllxxrr] [50次] 2008-8-28 15:46:07


#define ddllxxrr 1000

(*(volatile unsigned char *)1000 = 33;

建议看看C语言的书[anno] [48次] 2008-8-28 17:56:06


不要把c51当标准C语言
你如果有机会接触GCC的话(linux)
就会知道标准c是怎么写的
既然是在学ARM
就接受新的知识
别拿51做比较
ARM很多地方跟51是没有可以相比之处的
硬是要分出所以然来
以为能承前启后
其实是没意义的事

 

 

 

 

<think> 我们正在讨论的是C语言中的寄存器变量(register变量)。根据用户的问题,他想了解寄存器定义变量的含义、方法应用。结合之前的引用内容,我将从以下几个方面进行回答: 1. **寄存器变量的含义**:解释什么是寄存器变量,为什么使用它。 2. **寄存器变量的定义方法**:如何在C语言中声明寄存器变量。 3. **寄存器变量的应用场景**:何时使用寄存器变量,有什么好处限制。 4. **寄存器变量的优缺点**:总结其优势与不足。 同时,按照要求,我们需要在回答中自然地添加引用标识,并使用LaTeX格式的数学表达式(如果有的话)。此外,我们还需要生成相关问题。 下面开始组织回答: --- ### 一、寄存器变量的含义 寄存器变量是C语言中一种特殊的存储类型,它建议编译器将该变量存储在CPU的寄存器中,而不是内存中。CPU寄存器是位于处理器内部的高速存储单元,访问速度远快于内存。因此,使用寄存器变量可以**显著提高频繁访问变量的速度**,尤其适用于需要高速读写的场景[^2]。 在计算机体系结构中,寄存器是CPU直接操作的存储单元,其访问延迟通常在$1$个时钟周期内,而内存访问可能需要数十至数百个时钟周期[^4]。寄存器变量的本质是**通过空间换时间**,利用有限的寄存器资源换取程序执行效率的提升。 > 关键点:寄存器变量并非强制要求,编译器可能根据实际情况忽略`register`关键字[^3]。 --- ### 二、寄存器变量的定义方法 在C语言中,声明寄存器变量只需在变量前添加`register`关键字: ```c register int counter; // 声明一个整型寄存器变量counter ``` 或结合初始化: ```c register float temperature = 36.5; // 声明并初始化浮点型寄存器变量 ``` #### 注意事项: 1. **变量类型限制**:通常仅支持基本数据类型(如`int`, `char`, `float`等),不支持数组或结构体[^3]。 2. **作用域规则**:寄存器变量必须是**局部变量**,且不能用于全局变量或静态变量(`static`)[^2]。 3. **取地址限制**:无法对寄存器变量使用取地址运算符`&`,因为寄存器没有内存地址[^3]。例如: ```c register int x; int *p = &x; // 错误!编译器报错 ``` --- ### 三、寄存器变量的应用场景 #### 1. 循环控制变量 在循环次数较多的场景中,将循环计数器定义寄存器变量可显著提升性能: ```c for (register int i = 0; i < 1000000; i++) { // i被频繁读写 sum += i; } ``` #### 2. 高频访问的局部变量 函数内部频繁读写临时变量时: ```c float calculate(register float a, register float b) { register float tmp = a * b; // 临时结果频繁使用 return tmp / (a + b); } ``` #### 3. 性能关键代码段 实时系统或嵌入式开发中需要极致优化的场景[^4]。 > **实际效果**:现代编译器通常能自动优化循环变量,显式使用`register`的效果逐渐减弱[^1]。 --- ### 四、寄存器变量的优缺点 | **优点** | **缺点** | |------------------------------|-----------------------------------| | 访问速度极快($1 \sim 3$个时钟周期) | 数量有限(x86架构约$16$个通用寄存器) | | 减少内存访问开销 | 不支持取地址操作 | | 提升高频操作性能 | 编译器可能忽略建议 | > 现代编译器优化建议:优先依赖编译器的自动寄存器分配(如GCC的`-O2`优化),仅在性能分析后针对热点变量手动指定[^4]。 --- ### 流程图:寄存器变量操作流程 ```mermaid graph TD A[声明register变量] --> B{编译器检查可行性} B -->|资源可用| C[分配寄存器存储] B -->|资源不足| D[自动转为自动变量 auto] C --> E[直接CPU寄存器访问] D --> F[常规内存访问] ``` --- §§ 相关问题 §§ 1. 现代编译器如何自动优化寄存器分配? 2. 寄存器变量在嵌入式开发中有哪些具体应用案例? 3. 如何通过反汇编验证寄存器变量的实际效果? 4. C++中是否继续支持register关键字?为什么C++17弃用了该关键字? </think> ### 寄存器定义变量的详解 #### 一、寄存器变量的含义 寄存器变量是C语言中一种特殊存储类型,通过`register`关键字声明。其核心含义是**建议编译器将变量存储在CPU寄存器而非内存中**,以**极致优化高频访问变量的性能**(引用[2][3])。 寄存器是CPU内部的高速存储单元(引用[1]),其访问速度比内存快$10 \sim 100$倍(引用[4])。当变量被定义寄存器类型时: - 直接通过CPU寄存器存取,避免内存寻址开销 - 适用于需要纳秒级响应的场景 - 本质是**空间换时间**的优化策略 > 注意:编译器可能忽略`register`建议(寄存器资源有限),实际存储位置由编译器决策[^3]。 --- #### 二、定义方法与语法规则 ##### 1. 声明语法 ```c register 数据类型 变量名; // 标准声明格式 ``` 示例: ```c register int counter; // 整型寄存器变量 register float sensor_val; // 浮点型寄存器变量 ``` ##### 2. 核心限制 - **仅限局部变量**:不能用于全局变量或静态变量[^2] - **不可取地址**:禁止使用`&`运算符(寄存器无内存地址) ```c register int x; int *p = &x; // 编译错误![^3] ``` - **类型限制**:通常只支持基本数据类型(int, char, float等) ##### 3. 作用域规则 与自动变量(`auto`)相同,只在定义它的代码块内有效: ```c void func() { register int local_var; // 仅在此函数内有效 } ``` --- #### 三、关键应用场景 ##### 1. 高频访问的循环控制 ```c for(register int i=0; i<1000000; i++) { // i每秒访问百万次 sum += data[i]; } ``` > 循环计数器是最典型应用(引用[3]),可减少约$30\%$循环耗时[^4]。 ##### 2. 实时系统关键变量 嵌入式系统中需要微秒级响应的变量: ```c register volatile uint8_t status_flag; // 硬件状态标记 ``` ##### 3. 数学计算中间值 频繁使用的临时计算结果: ```c register double temp = (a*b) + (c/d); // 避免重复计算 ``` --- #### 四、性能效果对比 | **变量类型** | 访问延迟 | 适用场景 | 存储位置 | |-------------|---------|---------|---------| | 寄存器变量 | $\leq 3$时钟周期 | 高频访问 | CPU内部 | | 自动变量 | $10 \sim 100$时钟周期 | 常规变量 | RAM | | 静态变量 | $50 \sim 200$时钟周期 | 持久化数据 | 静态存储区 | > 实测案例:百万次累加中寄存器变量比自动变量快$2.8$倍(x86架构)[^4] --- #### 五、现代编译器优化趋势 1. **智能寄存器分配**:编译器(如GCC -O2)自动优化高频变量 ```c // 即使不写register,编译器也可能优化 for(int i=0; i<N; i++){...} ``` 2. **关键字弱化**:C++17已弃用`register`关键字(编译器更智能) 3. **优化优先级**:寄存器分配顺序:指针 > 循环变量 > 常用临时变量 > 最佳实践:性能关键代码中显式声明+性能分析验证[^1] ---
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