SOLID未分類 SOLID for Raspberry Pi 4 (連載25)
以前の記事で試してみた通り、C/C++言語で書く時のように宣言したメンバの順にメモリに配置されるためには、#[repr(C)]アトリビュートが必要でした。
ここではUARTからデータを受信すると仮定し、受信データのパケット仕様は以下としてみます。
| パケット内容 | Byte 0 | Byte 1 | Byte 2 | Byte 3 |
|---|---|---|---|---|
| ヘッダー（固定） | ||||
| コマンド（0x00-0xff） | - | - | - | |
| Data1（４bytes） | ||||
| Data２（２bytes）、Data３（１byte） | - |
構造体はこのようになります。
#[repr(C)]
struct TestPacktRecvData
{
header: u32,
command: u8,
data1: u32,
data2: u16,
data3: u8,
}
インスタンス化して使ってみます。
今回はstaticにしてみます。排他制御が必要そうなコードですが、ややこしくなるので今回は省略で。
static mut PACKETBUF:TestPacktRecvData = TestPacktRecvData{
header:0x11223344, command:0x0a, data1:0x55555555, data2:0x1111, data3:0xFF
};
#[no_mangle]
pub extern "C" fn slo_main() {
println!("Hello world from Rust lib!");
changedata();
showdata();
}
fn changedata(){
unsafe{ PACKETBUF.header = 0x11111111 };
}
fn showdata(){
unsafe{
println!("header={:#X}, command={:#X}, data1={:#X}, data2={:#X}, data3={:#X}"
,PACKETBUF.header, PACKETBUF.command, PACKETBUF.data1, PACKETBUF.data2, PACKETBUF.data3);
}
}
unsafeだらけになってしまいました。
unsafeを付けないと、以下のようなエラーが出ます。
|
22 | PACKETBUF.header = 0x11111111;
| ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ use of mutable static
|
= note: mutable statics can be mutated by multiple threads: aliasing violations or data races will cause undefined behavior
排他制御を無視したからですね。
今回はメモリ配置について試してみる回、ですので、unsafeだらけでもまぁ良しとしましょう。
ちなみに、排他制御を付けるにあたっては、以前の記事で書いた記憶があります。
https://note.com/yn_2022/n/nc24f46a9274d#882361d9-38f5-48f3-9db6-beff5047b9e7
複数スレッドからアクセスできる共有変数を付けてみた回、ですね。
では仕切りなおして。
メモリ配置を見てみましょう。
期待通りに割りついています。
ではこの構造体に、受信したと想定する仮データをがさっと入れて、それを構造体経由で読んでみましょう。
大体のケースではDMAで直接がさっと入るのでしょうが、ここはCPUでやってみましょう。
ポインタで場所を把握して、書き込みます。
またまたunsafeですね。
おっと、間違えてデータを上書きしすぎてしまいました。
unsafeなので、こういうことにも普通になります。C/C++と同じです。
悪い見本です。
for i in 0..4に変更し、先に進みます。
動きました。
DebugビルドでもReleaseビルドでも同様でした。
次に、共用体を使ってみます。
先程のパケットを、共用体を使って配列としてもアクセスできるようにしてみます。
use std::mem::ManuallyDrop;
#[repr(C)]
struct TestPacktRecvData
{
header: u32,
command: u8,
data1: u32,
data2: u16,
data3: u8,
}
union TestPacktRecvDataUnion{
packet: ManuallyDrop,
data: [u8; 15],
}
ManuallyDropを付けないとエラーになります。
以下のコードで、
「共用体を初期化 ⇒ すべて0x11に上書き ⇒ 表示」
をしてみます。
#[no_mangle]
pub extern "C" fn slo_main() {
println!("Hello world from Rust lib!");
let mut u = TestPacktRecvDataUnion{ data: [0x00 ; 15] };
unsafe {
for i in 0..15 {
u.data[i] = 0x11;
}
println!("header={:#X}, command={:#X}, data1={:#X}, data2={:#X}, data3={:#X}"
,u.packet.header, u.packet.command, u.packet.data1, u.packet.data2, u.packet.data3);
}
}
ちなみに共用体にアクセスするのはunsafeだそうです。
共用体初期化直後に止めてみます。
共用体のdata[]配列に、forループで値を埋めていった後で止めてみます。
さらに実行。
意図通り動きました。
DebugビルドでもReleaseビルドでも同様でした。
組み込みプログラムでは、しばしば、データブロックをアライメントしたい場合があります。
例えばキャッシュラインを意識して、効率的にデータブロックをキャッシュに載せたい場合。
もしキャッシュラインのサイズが64バイトであれば、データブロックを64バイト境界に配置して、一気にキャッシュフィルしてもらうようにし、プログラムの高速化を図る時があります。
gccであれば以下のような感じになります。
int datablock[8] __attribute((aligned(64));
Rustでは以下のように書けばよいようです。
#[repr(align(64))]
struct BlockData {
data: [u8; 32],
}もっと大きな、例えばフレームバッファを4kバイト境界に！というのも大丈夫です。
#[repr(align(4096))]
struct FrameData {
data: [u8; 4096],
}動かしてみます。
以下の４つのデータブロックを定義してみました。
static BLOCKDATABUF:BlockData = BlockData{
data:[1; 32]
};
static BLOCKDATABUF1:BlockData = BlockData{
data:[2; 32]
};
static FLAMEDATABUF:FrameData = FrameData{
data:[3; 4096]
};
static FLAMEDATABUF1:FrameData = FrameData{
data:[4; 4096]
};
意図通りに割ついていました。