C 变量可以限制在一定的读/写速度吗？

Question

我正在使用一个嵌入式系统（基于 RISC-V），其中处理器连接到数据总线，数据总线又连接到 UART 模块。当数据总线被读/写时，需要两个处理器周期才能准备好新的读/写操作，否则会产生错误。

数据总线的内存映射如下：

struct WishboneBus {
    volatile uint32_t read_addr;
    volatile uint32_t write_addr;
    volatile uint32_t write_data;
    volatile uint32_t read_data;
};

#define WISHBONE_BUS ((struct WishboneBus *) (0x4000000))

我想写这样的代码：

void wb_write(uint32_t addr, uint32_t data) {
    WISHBONE_BUS->write_data = data;
    WISHBONE_BUS->write_addr = addr;
}

当使用 -O0 编译程序时，它会生成以下六个指令：

    WISHBONE_BUS->write_data = data;
    153c:   400007b7            lui a5,0x40000
    1540:   fd842703            lw  a4,-40(s0)
    1544:   00e7a423            sw  a4,8(a5) # 40000008 <BUS_START+0x8>
    WISHBONE_BUS->write_addr = addr;
    1548:   400007b7            lui a5,0x40000
    154c:   fdc42703            lw  a4,-36(s0)
    1550:   00e7a223            sw  a4,4(a5) # 40000004 <BUS_START+0x4>

但使用 -Os 时，它会产生以下指令：

    WISHBONE_BUS->write_data = data;
     df8:   40000737            lui a4,0x40000
     dfc:   00b72423            sw  a1,8(a4) # 40000008 <BUS_START+0x8>
    WISHBONE_BUS->write_addr = addr;
     e00:   00a72223            sw  a0,4(a4)

（函数调用的不相关部分被删除。）在 -O0 情况下，每个 之间有两个指令（周期）sw，因此它可以工作。但在 -Os 情况下，有两个sw相继出现，总线会产生错误，因为总线在读/写操作之间需要两个周期。

这就引发了一个问题：C 变量是否可以限制在一定的读/写速度？

我知道可以添加nop指令来完成这项工作，但所需指令的数量nop将取决于优化。我意识到我可以使用宏来解决这个问题，但我想要一个优雅的解决方案。例如，某种__attribute__((min_access_cycles(2)))或某事。

Answer 1

C 没有该功能，而且 GCC 可能不知道 RISC-V 指令如何映射到特定系统上的时钟周期。因此，您将必须使用一定量的组装来获得正确的时机。

我更喜欢尽可能少地使用汇编（例如，在内联汇编块中编写一些 NOP），这样编译器就可以更自由地进行优化。此外，调用无法内联的单独函数通常效率较低，因为编译器可能被迫将一些寄存器保存到堆栈中，并且必须将函数参数放入特定寄存器中以符合 ABI。