FATFS一个小BUG搞了我2天才解决.特此发帖,希望大家不要重蹈我的覆辙.

正点原子

问题:在做豪华版fatfs实验的时候,发现从综合实验移植过来的fatfs部分,f_mkdir不能正常工作,跟踪调试发现死在move_window函数里面,如下图红线处.

只要执行过红线,就进入hard_fault了...
经验告诉我,这肯定是内存访问有问题.
于是对比成功和失败两个版本的fs,wsect,fs->fatbase,fs->fsize 他们对应值都一样!!!
这样,哥迷茫了...
于是使出浑身解数,疯狂替换反替换,结果还是一样...
后来发现我的综合实验使用了-o1,等优化选项.于是设置为一模一样.此时终于可以f_mkdir了...
但是作为普通实验,没必要开优化啊...所以还得找原因.
没办法,最后用绝招了,从最简单的做起,把不相干的代码统统砍掉.最后在去掉malloc的时候,奇迹终于出现了...
把如下代码:
//为exfuns申请内存
//返回值:0,成功
//1,失败
u8 exfuns_init(void)
{
 fs[0]=(FATFS*)mymalloc(SRAMIN,sizeof(FATFS)); //为磁盘0工作区申请内存 
 fs[1]=(FATFS*)mymalloc(SRAMIN,sizeof(FATFS)); //为磁盘1工作区申请内存
 file=(FIL*)mymalloc(SRAMIN,sizeof(FIL));  //为file申请内存
 ftemp=(FIL*)mymalloc(SRAMIN,sizeof(FIL));  //为ftemp申请内存
 fatbuf=(u8*)mymalloc(SRAMIN,512);    //为fatbuf申请内存
 if(fs[0]&&fs[1]&&file&&ftemp&&fatbuf)return 0;  //申请有一个失败,即失败.
 else return 1; 
}
不用malloc,而直接用全局数组来实现,就可以正常工作.
然后发现FATFS本来只有562字节,但是sizeof之后,却是564字节,反复数了N遍,确认FATFS只有562字节,这多了的2个字节,肯定就是FATFS结构体数据对其的问题了,于是赶紧在FATFS结构体前面加上__paked关键字.如下:
__packed typedef struct {
 BYTE fs_type;  /* FAT sub-type (0:Not mounted) */
 BYTE drv;   /* Physical drive number */
 BYTE csize;   /* Sectors per cluster (1,2,4...128) */
 BYTE n_fats;   /* Number of FAT copies (1,2) */
 BYTE wflag;   /* win[] dirty flag (1:must be written back) */
 BYTE fsi_flag;  /* fsinfo dirty flag (1:must be written back) */
 WORD id;    /* File system mount ID */
 WORD n_rootdir;  /* Number of root directory entries (FAT12/16) */
#if _MAX_SS != 512
 WORD ssize;   /* Bytes per sector (512, 1024, 2048 or 4096) */
#endif
#if _FS_REENTRANT
 _SYNC_t sobj;   /* Identifier of sync object */
#endif
#if !_FS_READONLY
 DWORD last_clust;  /* Last allocated cluster */
 DWORD free_clust;  /* Number of free clusters */
 DWORD fsi_sector;  /* fsinfo sector (FAT32) */
#endif
#if _FS_RPATH
 DWORD cdir;   /* Current directory start cluster (0:root) */
#endif
 DWORD n_fatent;  /* Number of FAT entries (= number of clusters + 2) */
 DWORD fsize;   /* Sectors per FAT */
 DWORD fatbase;  /* FAT start sector */
 DWORD dirbase;  /* Root directory start sector (FAT32:Cluster#) */
 DWORD database;  /* Data start sector */
 DWORD winsect;  /* Current sector appearing in the win[] */
 BYTE win[_MAX_SS]; /* Disk access window for Directory, FAT (and Data on tiny cfg) */
} FATFS;

之后再用sizeof,得到FATFS大小是562字节了...
然后再次加入malloc,代码也可以正常工作了.
至此,该问题终于解决了.
究其原因,就是FATFS结构体的字节对齐问题.所以建议大家在自己建立结构体的时候,最好加上__packed关键字,免得再出现这种郁闷的情况.
浪费2天...
不过也有所收获.

Pony279

建议直接修改 malloc 使之分配出来的内存字节对齐，而不是修改 FATFS 源码，
如果强制用 pack 指令，最直接的影响就是程序的性能降低，虽然会节省 ram，但是省不了 flash
就算没有用 pack 指令，性能也可能会降低，而且如果运气不好，就会进入一些奇怪的错误中断了
修改 malloc 可以提高程序的兼容性。在 32 位机上通常是 4 字节对齐的。

正点原子

回复【13楼】Pony279:
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是的,这里确实是我哪个malloc的问题.
在内存池前加上4字节对齐,问题解决!

//内存池(4字节对齐)
__align(4) u8 mem1base[MEM1_MAX_SIZE]; //内部SRAM内存池
__align(4) u8 mem2base[MEM2_MAX_SIZE] __attribute__((at(0X68000000))); //外部SRAM内存池

zenghi

忽然让我想到了SSD的4K对齐，学习了。

正点原子

接着调试,发现FIL也需要字节对齐才行,否则也有问题!!!

Pony279

在 programming manual 中有提到对齐问题，
通常编译器在生成代码的时候都会进行结构体填充，保证最高性能的对齐方式，
编译器自动分配出来结构体的内存肯定是对齐的，但是对于 malloc 分配出来的不对齐的内存，编译器是不知道的，所以很可能会产生问题。

正点原子

回复【4楼】Pony279:
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但是sizeof都不正确(实际562个字节,但是sizeof后是564个字节,不知道它怎么对齐的,横竖都不应该是564的...),你malloc后怎么正确的指向?

Pony279

sizeof “不正确”是结构体填充，是为了保证内部的成员对齐
就像
struct A{
u16 m1;
u32 m2;
};
的结果是 sizeof(A) == 8 而不是 6

Pony279

只要保证 malloc 分配出来的首地址是 4 字节对齐就行了。

Pony279

关于 sizeof  和 结构体的问题网上也有很多讨论，这里有三个链接
http://blog.csdn.net/liuhuiyi/article/details/7538864
http://www.codeproject.com/Articles/48810/Structure-Padding
http://bytes.com/topic/c/answers/543879-what-structure-padding

正点原子

用align修饰数组后,可以去掉packed关键字了.

ARM下的对齐处理 
from DUI0067D_ADS1_2_CompLib

3.13 type  qulifiers

有部分摘自ARM编译器文档对齐部分

对齐的使用:
1.__align(num)
   这个用于修改最高级别对象的字节边界。在汇编中使用LDRD或者STRD时
   就要用到此命令__align(8)进行修饰限制。来保证数据对象是相应对齐。
   这个修饰对象的命令最大是8个字节限制,可以让2字节的对象进行4字节
   对齐,但是不能让4字节的对象2字节对齐。
   __align是存储类修改,他只修饰最高级类型对象不能用于结构或者函数对象。
   
2.__packed 
  __packed是进行一字节对齐
  1.不能对packed的对象进行对齐
  2.所有对象的读写访问都进行非对齐访问
  3.float及包含float的结构联合及未用__packed的对象将不能字节对齐
  4.__packed对局部整形变量无影响
  5.强制由unpacked对象向packed对象转化是未定义,整形指针可以合法定
  义为packed。
     __packed int* p;  //__packed int 则没有意义
  6.对齐或非对齐读写访问带来问题
  __packed struct STRUCT_TEST
{
  char a;
  int b;
  char c;
}  ;    //定义如下结构此时b的起始地址一定是不对齐的
         //在栈中访问b可能有问题,因为栈上数据肯定是对齐访问[from CL]
//将下面变量定义成全局静态不在栈上 
static char* p;
static struct STRUCT_TEST a;
void Main()
{
__packed int* q;  //此时定义成__packed来修饰当前q指向为非对齐的数据地址下面的访问则可以

p = (char*)&a;          
q = (int*)(p+1);      

*q = 0x87654321; 
/*   
得到赋值的汇编指令很清楚
ldr      r5,0x20001590 ; = #0x12345678
[0xe1a00005]   mov      r0,r5
[0xeb0000b0]   bl       __rt_uwrite4  //在此处调用一个写4byte的操作函数 
      
[0xe5c10000]   strb     r0,[r1,#0]   //函数进行4次strb操作然后返回保证了数据正确的访问
[0xe1a02420]   mov      r2,r0,lsr #8
[0xe5c12001]   strb     r2,[r1,#1]
[0xe1a02820]   mov      r2,r0,lsr #16
[0xe5c12002]   strb     r2,[r1,#2]
[0xe1a02c20]   mov      r2,r0,lsr #24
[0xe5c12003]   strb     r2,[r1,#3]
[0xe1a0f00e]   mov      pc,r14
*/

/*
如果q没有加__packed修饰则汇编出来指令是这样直接会导致奇地址处访问失败
[0xe59f2018]   ldr      r2,0x20001594 ; = #0x87654321
[0xe5812000]   str      r2,[r1,#0]
*/

//这样可以很清楚的看到非对齐访问是如何产生错误的
//以及如何消除非对齐访问带来问题
//也可以看到非对齐访问和对齐访问的指令差异导致效率问题
}

无名氏

mark.....

lixupeng

收下！！

Pony279

原子哥，其实我并不认为这个问题要归为fatfs的bug，

因为它的定义和操作并没有不符合C语言本身语的法标准的地方

"不用malloc,而直接用全局数组来实现,就可以正常工作."

从这一点也可以看出，如果原子哥把在那一点调用 malloc 分配出来的地址打印出来，结果是不会被4整除的，

作为标准库函数之一的malloc的实现者，本应考虑到这些处理器的兼容性的问题，而不应该把问题交给使用者去处理，

否则，以后每次使用 malloc 分配结构体，都得使用这些奇怪的对齐指令才能保证不会出问题。

Pony279

看了下C++标准，在标准中对 malloc 这一类的 allocation function 也是有说明的，

mbass51

回复【14楼】Pony279:
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你好呀,我也時常看你的回復,發現你把C語運用得好深入

mbass51

回复【15楼】正点原子:
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想原子哥真的用好多時間去做好這板,用心等待,支持

正点原子

谢谢

冰是睡着的水

回复【14楼】Pony279:
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每次看到你回复，感觉都是天书一下，，我何时才能够看懂啊。。

lincolne

mark下...

jj123paopao

mark！

lsj9383

真心感觉Pony279大哥C运用的好深。太牛逼了。好奇是个什么人物~~

cortexM3

回复【5楼】Pony279:
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对齐问题是如何产生的呢？有何影响吗？如何避免？请高手解答下。

tian123chi

回复【13楼】Pony279:
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关于内存一块 理解的好深，难道C++上非常重视这点？

Pony279

回复【24楼】tian123chi:
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对齐问题，搜索一下就可以了解了，其实C语言本身是很难解释这个问题的，有兴趣可以翻一下汇编指令集相关文档（比如cortex m3的官方文档，或者STM32F10xxx Cortex-M3 programming manual）里面对 alignment 的说明，C语言都是要被编译器翻译成汇编的。

wwjdwy

这要是我两年也搞不定

charlieholy

mark

Tardis

回复【3楼】正点原子:
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原子哥正解，由于fatfs出现HardFault，我也不是第一次遇到了，早在mini板的PDA发布之前，调试fatfs就遇到过好几次，可当时解决方法就一味的把FIL等东西弄全局变量，因为一旦弄函数里就HardFault，经原子哥解说，顿时觉悟，获益匪浅~

Tardis

回复【楼主位】正点原子:
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果然是FATFS结构体导致的，我之前也一直怀疑这个东西，这东西一旦放函数里就死掉，最后我唯一解决方法就整个工程，一个磁盘建立一个FATFS全局变量了事。

Tardis

回复【15楼】正点原子:
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加了这个，弄动态的就不好弄了，我试过启动了内存池之后，如果再外部定义一些东西，很容易出现RAM容量不足而报错，又有可能因为我把内存定义太大了。

tincal

MARK下，这种问题非常难查

mygod

这种问题一般出现在使用OS 时候 ，不用OS 是不会有这样问题出现的，如果用了OS，在任务栈内数组 最好加关键字 8字节对齐

shihantu

查阅帮助文档的malloc部分,mdk的malloc申请的内存区时8字节对齐的.

查阅帮助文档的align部分,mdk的对齐策略如pony所述.

综上,可能原子自己实现的malloc没有实现4字节或以上的对齐.本人没有查阅原子的代码.

本人很多项目都只开-Otime优化,没有开其他优化,使用多任务,cpp下new内存空间,没有发现类似错误..

心首尚路

我线目地仰望你们，，我何时能够听懂你们的谈话呢？？？汗，，，我个菜鸟，，，

boylee

正在看MALLOC章节实验，强烈mark

天之痕

好深入好深入 mark  这帖子汇集了众大神啊

wghfbj

回复【19楼】冰是睡着的水:
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我看你的回帖也会感觉天书。。。。。。感觉你们都好厉害。。。。。

lirenxiang

mark

whcbx

mark

SCMartian

学习了，今晚遇到了类似的情况

yangsmith

马克

simplelifeNick

回复【4楼】Pony279:
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malloc分配的内存不是也是对齐的么，32位一般8字节对齐

Pony279

回复【45楼】simplelifeNick:
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原子哥的 maloc 是自己写的

simplelifeNick

回复【46楼】Pony279:
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仔细看了也发现了是mymalloc，我跑ucos-iii，他有内存池，应该不会问题吧 哈哈
不过话说如果不考虑内存碎片
用标准的malloc应该不会出现这样的问题吧 ，因为及时struct有对齐，我不会去手算字节 而是用的sizeof，它已经算入了对齐的填补字节
所以只有来说不会有问题吧？

love515354

MARK一下，迟早会用到的。

xiaolong12

回复【46楼】Pony279:
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都是些大大神的啊，看的像天书一样

mark0668

MARK一下

wn1900

这个帖子写的真的很好，我也在在OS上用f_mkdir上面出了问题，一直解决不了，焕然大悟啊，谢谢原子哥。