从只读内存中读取结构

Question

我正在开发一个嵌入式系统，其中一些校准数据存储在闪存中。校准数据存储在一个结构中，该结构位于链接器知道要放置在闪存中的特殊部分中：

struct data_block {
    calibration_data mData;
    uint16_t mCheckSum;
};

//Define to compile the fixed flash location for image data
const data_block __attribute__((section (".caldata"))) gCalibrationData{};

其中 calibration_data 是另一个包含实际值的 POD 结构。

问题是，如果我现在简单地写下：

const data_block data{gCalibrationData};

if (CheckSum(&(data.mData)) == data.mCheckSum) {
    //do stuff
} else {
    //Error
}

这总是转到错误分支，即使闪存中的实际校验和是绝对正确的（稍微不同的写法使其工作，见下文）。

这当然是可以理解的：编译器看到一个 const 全局对象，它是默认初始化的，所以它知道所有的值，所以我猜它实际上优化了整个 if（如果我调试-printf data via uint16_t *，我实际上得到了正确的值）。

我认为正确的方式是定义

const volatile data_block __attribute__((section (".caldata"))) gCalibrationData{};

但是，现在我遇到了无法将易失性结构分配给非易失性结构的问题，即 const data{gCalibrationData}; 无法编译。如果我尝试通过 const volatile data_block *.

访问，也会出现同样的问题

我至少有两三种方法可以完成这项工作，但我不喜欢其中任何一种：

从 gCalibrationData 中删除 const（和 volatile）限定符。然而，这是一个基于编译器不够聪明来保证 gCalibrationData 在我的程序中永远不会被触及的黑客攻击，另一方面，我想继续使用 const 限定符，因为试图写入 gCalibrationData通过分配是一个硬错误。
通过 const gCalibrationData * volatile pData 访问 gCalibrationData（是的，volatile 正是我的意思）。通过易失性指针访问会强制编译器实际加载数据。同样，这看起来像是一个 hack，因为指针本身肯定不是易失性的。
给data_block和calibration_data一个取const volatile &的赋值运算符，并在其中逐字段赋值。从语言的角度来看，这似乎是正确的，但是每当 calibration_data 发生变化时，我都需要手动编辑赋值运算符。否则会产生难以检测的错误。

我的问题：读取校准数据的正确方法是什么？我的理想标准是：

全局对象本身是 const，以捕获意外写入。
没有未定义的行为
通过将结构直接分配给另一个结构来访问
或者至少这样我就不需要记住在 calibration_data 中分配每个原始类型的变量，请参阅上面的选项 3
线程安全的奖励点，尽管在我的特定情况下只有一个线程读取或写入闪存（所有其他 "threads" 都是中断）。

Answer 1

最实用的方法是丢掉const。通过严格阅读标准，gCalibrationData 不应该允许是常量，因为写入 const 对象——不管是谁做的—— - 导致未定义的行为。

不过，如果做不到这一点，只需将其定义为 extern const（并且，如果需要安抚链接器，请将非 extern 定义放入其自己的翻译单元中。这将使您常量正确性检查，允许编译器，例如，根据校准数据的初始值进行提升优化，同时仍然阻止它进行任何特定在编译时对这些值的假设。

Answer 2

一个解决方案是在单独的源文件中声明一个缓冲区，通知链接器 data_block 的大小，然后将 gCalibrationData 定义为一个符号，其值是这个的开始缓冲区：

data_block.cpp:

//no initialization performed here, just used to
//transmit to the linker the information of the size
//and alignment of data_block
extern "C"{//simpler name mangling
[[gnu::section(".caldata")]] volatile
aligned_storage<sizeof(data_block),alignof(data_block)> datablock_buffer;
}

//then we specify that gCalibrationData refers to this buffer
extern const volatile data_block
gCalibrationData [[gnu::alias("datablock_buffer")]];

或者，gCalibrationData 符号的定义可以通过链接描述文件完成：

SECTIONS{
  .caldata : {
    gCalibrationData = . ;
    data_block.o(.caldata)
    }
  }

gCalibrationData 是 data_block_buffer 的别名。这不会导致未定义的行为，因为语言允许这样的别名：data_block_buffer provides storage for gCalibrationData.

语义上，extern 说明符用于表示此声明不是 gCalibrationData 值的定义。尽管如此，alias 属性是链接器符号的定义。

data_block.hpp

extern const volatile data_block gCalibrationData;

//and copy must be enabled for volatile:
struct data_block{
  /*...*/
  data_block(const data_block&) =default; 

  data_block& operator=(const data_block&) =default;

  data_block(const volatile data_block& other){
    //the const cast means: you are responsible not to 
    //perform this operation while performing a rom update.
    memcpy(this,const_cast<const data_block*>(&other);
    }

  data_block& operator=(const volatile data_block& other){
    memmove(this,const_cast<const data_block*>(&other);
    //or memcpy if you are sure a self assignment will never happen.
    return *this;
    }
  };

从只读内存中读取结构

Reading a struct from a read only memory

c++

embedded

constants

volatile