如何在所需的偏移量处设置结构元素

Question

在嵌入式编程中,当描述硬件时,通常需要将结构元素放置在HW工程师设计它们的已知预定义位置.例如,让我们定义一个结构FPGA,它有大约100个寄存器/区域,如下面的简化示例所示:

struct __attribute__ ((__packed__)) sFPGA {
    uchar   Spare1[0x24];
    ushort  DiscreteInput;
    uchar   Spare2[0x7A];
//CPLD_Version is required to be at offset 0xA0, so 0xA0-0x24-2=0x7A
    ushort  CPLD_Version;
};

现在,我对手动计算感到沮丧和愤怒,并且在结构发生变化时可能出现错误.有没有办法做得更健壮/方便？我试着这样写:

uchar   Spare2[0xA0 - offsetof(sFPGA, Spare2)];

但这不会编译抱怨不完整的结构...注意,我的例子是简化的.实际上,必须定义大约20-30个这样的备用字段 - 结构非常大.

Answer 1

好吧，这不会赢得环球小姐奖，但我认为它符合你的要求：

#include <boost/preprocessor/cat.hpp>
typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned short ushort;
#define PAD_FIELDS(i_,f_, n_) \
    typedef struct __attribute__((packed)) {f_}             ftype##i_; \
    typedef struct __attribute__((packed)) {f_ uchar t_;}   ttype##i_; \
    f_ uchar BOOST_PP_CAT(padding,i_)[n_ - sizeof (BOOST_PP_CAT(ftype,i_)) * (sizeof (BOOST_PP_CAT(ftype,i_)) != sizeof (BOOST_PP_CAT(ttype,i_)))];

struct sFPGA {
    PAD_FIELDS(1,
    PAD_FIELDS(2,
    uchar   Spare1[0x24];
    ushort  DiscreteInput;
    //CPLD_Version is required to be at offset 0xA0
    , 0xA0)        // First padding
    ushort  CPLD_Version;
    uchar   more_stuff[0x50];
    ushort  even_more[4];
    //NID_Version is required to be at offset 0x10A2
    , 0x10A2)      // Second padding
    ushort  NID_Version;
} __attribute__((packed));

int main() {
    printf("CPLD_Version offset %x\n", offsetof(sFPGA,CPLD_Version));
    printf("NID_Version offset %x\n", offsetof(sFPGA,NID_Version));
}

假设您想要 N=20 个填充字段。您必须PAD_FIELDS(i,在结构的开头添加 N 个，例如i从 1 到 20（如我的示例）或从 0 到 19 或任何让您满意的内容。然后，当您需要添加填充时，例如, 0x80)，这意味着下一个字段将位于距结构开头偏移 0x80 的位置。

运行此代码后，它会输出以下文本：

CPLD_Version offset a0
NID_Version offset 10a2

该宏的工作方式是用您的字段定义一个结构，然后合并您的字段，并添加根据该结构计算的填充。

如果你不介意一些 boost::preprocessor 魔法，这里有一种方法可以让你PAD_FIELDS(1,PAD_FIELDS(2,PAD_FIELDS(3,PAD_FIELDS(4,...在一开始就自动化整个过程：

#include <boost/preprocessor/cat.hpp>
#include <boost/preprocessor/comma.hpp>
#include <boost/preprocessor/repetition/repeat.hpp>
#include <boost/preprocessor/punctuation/paren.hpp>
typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned short ushort;
#define PAD_FIELDS(i_,f_, n_) \
    typedef struct __attribute__((packed)) {f_}             BOOST_PP_CAT(ftype,i_); \
    typedef struct __attribute__((packed)) {f_ uchar t_;}   BOOST_PP_CAT(ttype,i_); \
    f_ uchar BOOST_PP_CAT(padding,i_)[n_ - sizeof (BOOST_PP_CAT(ftype,i_)) * (sizeof (BOOST_PP_CAT(ftype,i_)) != sizeof (BOOST_PP_CAT(ttype,i_)))];
#define PADMAC(z,n,s) PAD_FIELDS BOOST_PP_LPAREN() n BOOST_PP_COMMA()
#define PADREP(n) BOOST_PP_REPEAT(n, PADMAC, junk)
#define FORCE_EVAL(...) __VA_ARGS__
#define CONTAINS_PADDING(n) FORCE_EVAL(PADREP(n)
#define SET_OFFSET(o) BOOST_PP_COMMA() o BOOST_PP_RPAREN()

struct sFPGA {
    CONTAINS_PADDING(2);
    uchar   Spare1[0x24];
    ushort  DiscreteInput;
    //CPLD_Version is required to be at offset 0xA0
    SET_OFFSET(0xA0);
    ushort  CPLD_Version;
    uchar   more_stuff[0x50];
    ushort  even_more[4];
    //NID_Version is required to be at offset 0x10A2
    SET_OFFSET(0x10A2);
    ushort  NID_Version;
    )
} __attribute__((packed));

请注意用法的变化：

1. 在结构的开头写入所需填充元素的数量CONTAINS_PADDING(n)。n
2. 在结构末尾之前，您必须添加“）”。
3. 您不必,0x0A)指定填充SET_OFFSET(0x0A);（这;是可选的）。