关于 ARM 架构下的非对齐访问

发布于 2020-08-27 16:12:50 浏览：2894 订阅该版

[tocm]

# 关于 ARM 架构下的非对齐访问编译选项说明

```
-munaligned-access
-mno-unaligned-access

Enables (or disables) reading and writing of 16- and 32- bit values from addresses that are not 16- or 32- bit aligned. 
By default unaligned access is238 Using the GNU Compiler Collection (GCC) disabled for all pre-ARMv6, 
all ARMv6-M and for ARMv8-M Baseline architectures, and enabled for all other architectures. 
If unaligned access is not enabled then words in packed data structures are accessed a byte at a time.

The ARM attribute Tag_CPU_unaligned_access is set in the generated object file to either true or false, 
depending upon the setting of this option. 
If unaligned access is enabled then the preprocessor symbol __ARM_FEATURE_UNALIGNED is also defned.
```

系统中的结构体数据，如果添加了 `__packed` 属性，则会以紧凑的方式进行内存排布，此时其中的一些数据在内存中的排布就是非对齐的。在程序运行时，如果系统不允许非对齐访问，此时对该结构体中的非对齐数据进行访问，则会出现 data abort 的错误。

如果在编译和链接时添加 `-mno-unaligned-access` 不支持非对齐内存访问选项，将会告诉编译器，生成操作这些非对齐数据指令，需要一个字节一个字节地读取，然后将结果拼凑成最终的数据。用这种方式操作数据降低了数据的访问效率，但是可以避免出现非对齐访问错误。

在 armv7 中可以开启或者关闭非对齐访问检查，例如使用如下指令关闭非对齐访问检查：

```
    /* disable the data alignment check */
    mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0
    bic r1, #(1<<1)
    mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0
```
如果关闭了非对齐访问检查，此时 CPU 访问非对齐数据将不会报错，在底层硬件实现时，可能会将一次访问拆成多次对齐访问来实现，但是在软件层是不感知的。尽管如此，还是降低了数据的访问效率。另外，一些**强序内存**（例如设备内存）是不支持非对齐访问的。

## 非对齐访问参数测试

编译如下源码：

```
struct st_a {
    char a;
    int  b;
} __attribute__((packed));

int get_b(struct st_a *p)
{
    return p->b;
}
```

编译命令如下：

- 支持非对齐访问
```
arm-none-eabi-gcc.exe -S arm.c -o arm_with_unaligned_access.s -O2 -mcpu=cortex-a7
```

- 不支持非对齐访问
```
arm-none-eabi-gcc.exe -S arm.c -o arm_no_unaligned_access.s -O2 -mno-unaligned-access -mcpu=cortex-a7
```

实验结果如下：

![1598435852830.png](/uploads/20200827/2fa5304f1c27502d5961960e9c1335be.png)

![1598435867798.png](/uploads/20200827/ac81b6d1e580c94f2e79aa69128a47b9.png)

可以清楚地在汇编在代码中看到，如果开启了禁止非对齐访问，在操作非对齐地址的数据时，读取了多次，每次只读取一个字节。