伪造寄存器读取C

Question

我有一个没有操作系统的嵌入式系统的现有代码库。我正在尝试使用 x86 gcc 而不仅仅是交叉编译器来构建它，作为能够在主机上进行单元测试的第一步。不幸的是，到处都有直接的寄存器读写，而不是使用提供的抽象层。当然，一种选择是解决这个问题；将直接寄存器访问替换为对 GPIO 访问函数的调用。我希望通过引入一个宏（仅在 x86 版本中使用）来重新定义代码片段，例如

来加快速度

myvar = (GPIOC->IDR >> 6) & 0x03;   // Read bits 6 and 7
GPIOD->CRL &= 0xFFFFFF0F;

类似：

myvar = (myGpiocIdrReadFunc() >> 6) & 0x03;   // Read bits 6 and 7
myGpiodClrWriteFunc() &= 0xFFFFFF0F;

GPIOx 被定义为指向物理地址的指针。当然，如果我尝试使用 x86 构建的可执行文件直接读取和写入 PC 上的地址，这将是访问冲突。不幸的是，如果我尝试这样的事情：

#define GPIOC->IDR { myGpiocIdrReadFunc() }

编译器不喜欢“->”，说“宏名称后面缺少空格。”

如果您以前解决过此类问题，您是如何做到的？

Answer 1

typedef struct {
    int IDR;
    int CRL;
} gpio_t;

gpio_t c;
gpio_t d;

gpio_t * GPIOC = &c;
gpio_t * GPIOD = &d;

只要继续将

IDR

之类的寄存器添加到

struct

中，编译器就会对你尖叫。

编辑在看到您的评论后，我编辑了答案，您实际上想模拟这些值，这样就可以，但请记住，您需要像在硬件中一样初始化它们。

Answer 2

看来您正在逐字替换源中的该字符串。为什么不使用像

sed

这样的非交互式编辑器来做到这一点呢？您可能有一个构建系统，可以根据架构进行替换或不进行替换。

Answer 3

如果 hexa 的解决方案不够充分，这里有第二个选项，它允许您实际模拟所引用的寄存器的行为（包括副作用等）。缺点是，这需要 C++（并且现有的 C 代码可以编译为 C++，这通常是一个困难的要求），并且结构不直接使用本机类型，而是使用一些别名。

您可以定义一个实现

operator=

、

operator int

以及您可能需要的任何其他访问功能（

&=

等）的类。如果结构体

GPIOC

指向的字段属于您可以更改的类型，则您可以简单地更改该类型以引用您的寄存器类。

大致是这样的：

#ifdef USE_REAL_HW

typedef volatile uint32_t HW_REGISTER32;

#else // (USE_REAL_HW not defined)

template<class T>
class RegisterAbstractionClass {
public:
    const T operator= (const T value) {
        data = value;
        return value;
    };
    operator const T() {
        return data;
    };
    // Other operators...
protected:
    volatile T data;
};

typedef RegisterAbstractionClass<uint32_t> HW_REGISTER32;

#endif // (USE_REAL_HW)

typedef struct {
    HW_REGISTER32 IDR;
    HW_REGISTER32 CRL;
} gpio_t;

（请注意，上面的内容有些简化：在这种情况下，

IDR

和

CRL

的行为相同，这可能不是硬件的情况。）

Answer 4

你的#define 似乎是错误的。在测试系统上尝试使用“#define MyGpiocIdrReadFunc() x86ReadFunc()”作为宏。当然，您需要将 GPIOC->IDR 的所有读取替换为 MyGpiocIdrReadFunc()。您还需要实现该功能。这可能与修复代码以使用您提到的抽象层一样多。

Answer 5

据我所知，您无法使用宏替换

->

运算符。

这可能不是您正在寻找的解决方案，但这就是我处理模拟硬件外设的方式。

设置

考虑外围

GPIOC

。它在一些 HAL/CMSIS 文件中定义。

在我的 GPIO 驱动程序中，使用

#ifdef

检查，我将

GPIOC

替换为我自己的外设。我将

GPIOC

结构/外围设备称为“对象”，因为它可以帮助我更好地可视化它。

在

gpio.c

：

#ifdef _UNIT_TESTS_ENABLE_

 static GPIO_TypeDef *mock_GPIOC; // Creating a mock object pointer
 #undef GPIOC                     // Undefining the real object
 #define GPIOC mock_GPIOC         // Replacing real with mock

#endif // _UNIT_TESTS_ENABLE_

因此，当

gpio.c

中更下方的代码访问

GPIOC

时，它实际上正在访问

mock_GPIOC

。这很棒，因为

GPIOC

是

GPIO_TypeDef *

，

mock_GPIOC

也是。它们是同一类型。

要获取和设置指针

mock_GPIOC

，您可以创建这样的函数。也由

#ifdef

守护。

#ifdef _UNIT_TESTS_ENABLE_

GPIO_TypeDef *get_gpioc_object_ptr(void) { return GPIOC; }
void set_gpioc_object_ptr(GPIO_TypeDef *gpio_c) { GPIOC = gpio_c; }

#endif // _UNIT_TESTS_ENABLE_

当然，也在

.h

文件中公开这些函数。

使用

最后，要在测试中使用它，请创建一个新的

GPIO_TypeDef

对象并使用

set_gpioc_object_ptr()

传递其指针。然后运行目标函数，并断言任何内容。

void my_test_function(void)
{
    // Arrange
    GPIO_TypeDef *orig_gpioc = get_gpioc_object_ptr();

    GPIO_TypeDef mock_gpio =
    {
        .IDR = some_val,
        .CLR = some_other_val,
    };
    set_gpioc_object_ptr(&mock_gpio);


    // Act
    your_target_gpio_function();

    // Assert
    ASSERT(mock_gpio.IDR == compare_value);
    ASSERT(mock_gpio.CLR == other_compare_value);

    set_gpioc_object_ptr(orig_gpioc); // revert to old GPIOC pointer
}

Answer 6

我认为这并不容易。

请注意，SFR 通常是

volatile

，并且许多算术运算都是原子的。所以，代码

GPIOD->CRL &= 0xFFFFFF0F;

不等于

setter(CLR_reg, getter(CLR_reg) & 0xFFFFFF0F);

另请注意，可能存在中断的繁忙等待循环，甚至中断处理程序。