ARMLinux下Alignment trap的一些测试 【转自 李迟的专栏 ＣＳＤＮ http://blog.csdn.net/subfate/article/details/7847356

项目中有时会遇到字节对齐的问题，英文为“Alignment trap”，如果直译，意思为“对齐陷阱”，不过这个说法不太好理解，还是直接用英文来表达。

ARM平台下一般是4字节对齐，可以参考文后的给出的文章链接。此处不细说。后面提及“字节对齐”

下面的例子使用了几种重现Alignment trap的方法，例子1是将char*指针直接转换成int*指针，经测试，未发现有字节对齐的问题。例子2和例子3相似，主要是结构体中的字段没有进行对齐(或者访问的地址没有4字节对齐)。例子4是直接访问了没有字节对齐的指针。后3个例子在测试时均出现了错误。

/**
 *
 Linux下对Alignment trap的处理有下面几种方式：
 0 (ignored)
 1 (warn)
 2 (fixup)
 3 (fixup+warn)
 4 (signal)
 5 (signal+warn)

 使用方法：
 # echo 3 > /proc/cpu/alignment
 */

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

/// case 1
void fool(unsigned char* buf, int len)
{
    unsigned int* p = (unsigned int*)buf;
    int i;

    for (i = 0; i < len; i++)
    {
        *p++ = i+1;
        printf("%d ", *p);
    }
}

void foolish()
{
    unsigned char poor[100];

    fool(poor, sizeof(poor)/sizeof(int));
    
}

// case 1 end
////////////////////////////////////////////////////////////////

/// case 2

struct rte_unpacked_struct_t
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
    short s1;
    char c3;
};

struct rte_packed_struct_t
{
    char c1;
    int i;
    char c2;
    short s1;
    char c3;
}__attribute__((__packed__));

struct rte_unpacked_struct_t unpacked;
struct rte_packed_struct_t packed;

void print_addr()
{
    printf("sizeof(unpacked) = %d sizeof(packed) = %d ", sizeof(unpacked), sizeof(packed));
    printf("Addr of unpacked: %p ", &unpacked);
    printf("Addr of unpacked.c1: %p ", &unpacked.c1);
    printf("Addr of unpacked.i: %p ", &unpacked.i);
    printf("Addr of unpacked.c2: %p ", &unpacked.c2);
    printf("Addr of unpacked.s1: %p ", &unpacked.s1);
    printf("Addr of unpacked.c3: %p ", &unpacked.c3);

    printf("Addr of packed: %p ", &packed);
    printf("Addr of packed.c1: %p ", &packed.c1);
    printf("Addr of packed.i: %p ", &packed.i);
    printf("Addr of packed.c2: %p ", &packed.c2);
    printf("Addr of packed.s1: %p ", &packed.s1);
    printf("Addr of packed.c3: %p ", &packed.c3);

}

short* rte_get_s1(void)
{
    return &unpacked.s1;
}

void case2()
{
    print_addr();

    int* val = (int *)rte_get_s1();
    printf("val = %d ", *val);    
}
/// case 2 end
////////////////////////////////////////////////////////////////

/// case 3
struct foo_t
{
    short a;
    short b;
    short c;
    short d;
};

struct foo_t foo;

short* get_foo_c(void)
{
    return &foo.c;
}

void case3()
{
    printf("sizeof(foo) = %d ", sizeof(foo));
    // 注意！！此处将short*强制转换为int*，造成出错
    int* val = (int *)get_foo_c();
    printf("val: %d ", *val);
}

// case 3 end
//////////////////////////////////////////////////////////////

/// case 4

void case4()
{
    char* str = "01234567";
    unsigned* u = (unsigned *)(str+1);
    printf("0x%08x ", *u);
}

/// case 4 end

int main()
{
    printf("test of alignment trap... ");

    //foolish();

    //case2();
    //case3();
    case4();

    return 0;
}

以下是在某ARMLinux平台下的测试结果，依次将错误处理等级设置为0到5，出现不的结果，如下：

# echo 0 >  /proc/cpu/alignment 
# ./a.out 
test of alignment trap...
0x30333231
# echo 1 >  /proc/cpu/alignment 
# ./a.out 
testAlignment trap: a.out (1125) PC=0x000086c8 Instr=0xe5931000 Address=0x00008961 FSR 0x001
 of alignment trap...
0x30333231
# echo 2 >  /proc/cpu/alignment 
# ./a.out 
test of alignment trap...
0x34333231
# echo 3 >  /proc/cpu/alignment 
# ./a.out 
testAlignment trap: a.out (1127) PC=0x000086c8 Instr=0xe5931000 Address=0x00008961 FSR 0x001
 of alignment trap...
0x34333231
# echo 4 >  /proc/cpu/alignment 
# ./a.out 
test of alignment trap...
Bus error
# echo 5 >  /proc/cpu/alignment 
# ./a.out 
testAlignment trap: a.out (1129) PC=0x000086c8 Instr=0xe5931000 Address=0x00008961 FSR 0x001
 of alignment trap...
Bus error

常用的是使用等级3来处理，即提示错误并进行修复。

上面只讲到如何使用代码出现字节对齐错误，但没涉及如何排查问题。示例代码十分简单，很容易定位错误地方，但如果在大型项目中，就很难定位，尤其是在嵌入 式中，——嵌入式的调试也相对比较困难、麻烦。以我的经验，与其用gdbserver来调试，不如靠经验及printf大法解决问题来得更快(当然，仅个 人看法)。

本来想用工具调试来发现出错的代码位置，但尝试了，没结果。

在代码编写中，需要注意一下以下的事：
1、结构体尽量使用4字节对齐，比如设置一个传输长度len的类型时，用short表示的范围已经足够，当然也可以用int。像制定一些网络协议，最好考虑一下4字节对齐。
2、分配内存时也尽量4字节对齐，无论是申请的内存还是定义数组大小。
3、对指针进行访问的时候也要十分注意4字节对齐，特别是一些为了避免编译警告的强制类型转换。

参考资料：

http://www.rt-embedded.com/blog/archives/resolving-alignment-traps/
http://simplemachines.it/arm-linux/book/afaq.html

                                                                                                                                                                                                            迟 代码随笔 即日