stm32G4u64指针非对齐访问

Question

STM32G4芯片 u64类型指针非对齐访问时报错

先看以下我简化的触发问题的代码

uint64_t u64_data = 0;
uint32_t u32_data = 0;
uint8_t array_test[32];

void pointer_test(void)
{
    uint64_t *pu64 = (uint64_t *)(&array_test[0]);
    uint32_t *pu32 = (uint32_t *)(&array_test[0]);
    uint8_t i = 0;
    
    for(i = 0;i < 16;i++)
    {
        array_test[i] = i;
        pu32 = (uint32_t *)(&array_test[i]);
        u32_data = *pu32;
    }
    
    for(i = 0;i < 16;i++)
    {
        array_test[i] = i;
        pu64 = (uint64_t *)(&data_buff[i]);        
        u64_data = (*pu64);
    }
    
}

目前的情况是，我经过网上搜索，已经了解了与对齐相关的知识点，并且对于M4内核来说是支持非对齐访问，所以在代码u32_data = *pu32;处，不管i为几，都能正常从该地址处连续读出4个字节的数据并赋值给u32_data，这里如果是不支持非对齐访问的话，我理解的应该会报错。但是当我使用u64类型进行同样的操作时，发现在i为0时，能正常读出8个字节数据，但是当i为1时，会进入HardFault_Handler，并且查看Fault Reports时，发现报了UNALIGNED，应该是触发了非对齐访问报错。我的疑问就是为什么使用U64类型的时候，无法进行非对齐访问？与使用U32类型进行操作时，区别在哪？

Answer 1

以下回复参考：皆我百晓生、券券喵儿等免费微信小程序作答:

关于STM32G4的指针非对齐访问问题，让我们详细分析您的代码和疑问。

首先，要明确一点：在许多嵌入式系统中，硬件通常对未对齐的数据访问是敏感的，可能导致错误或异常行为。尽管STM32的Cortex-M内核在某些配置下支持非对齐访问，但这并不意味着所有情况下都可以随意进行非对齐访问。特别是在使用较大数据类型（如uint64_t）时，非对齐访问的风险更高。

在您提供的代码中，关键差异在于使用uint64_t和uint32_t指针访问数组时的地址对齐方式。当您使用uint32_t指针时，无论起始地址是否对齐，通常都可以访问数据，因为Cortex-M内核支持非对齐访问。然而，当使用uint64_t指针时，特别是在地址未正确对齐到8字节边界的情况下，会出现问题。这是因为uint64_t类型的访问需要8字节对齐。如果尝试在未对齐的地址上访问uint64_t数据，硬件可能会触发异常或错误。

具体到您的代码：

1. 当您使用uint32_t指针时，无论数组索引i的值如何，都可以从地址&array_test[i]处安全地读取数据，因为每次读取的大小为4字节（即一个uint32_t的大小），即使起始地址未对齐也不会出问题。
2. 然而，当您尝试使用uint64_t指针时，情况就不同了。当i为偶数时（例如i=0），&array_test[i]的地址是8字节对齐的，所以可以安全地读取一个uint64_t的值。但当i为奇数时（例如i=1），地址就不再是8字节对齐的，此时尝试读取uint64_t值可能会触发非对齐访问错误。这是因为硬件试图从一个未对齐的地址读取8字节数据，这通常是不允许的。

要解决此问题，您可以确保在访问uint64_t数据时地址总是8字节对齐的，或者在访问时使用更小类型（如uint32_t）来避免非对齐访问。此外，还可以检查您的编译器和链接器的设置，以确保启用了适当的内存访问特性（如ARM的M类扩展支持的非对齐访问）。请注意，即使某些处理器支持某些非对齐访问，频繁的非对齐访问仍然可能导致性能下降或增加出错的风险。因此，最佳做法是始终确保数据正确对齐。