全局变量在嵌入式系统编程（C）中是否令人不悦？

Posted 2021-04-09

我在几年前就已经了解到，在应用程序世界中，全局变量是“坏”或“不赞成”，所以它习惯于试图避免使用它们并且几乎不使用它们。

在嵌入式世界中，它们似乎在处理硬件中断时几乎是不可避免的。它们也必须变得易失，因此如果编译器看到它们在运行程序中从未被触及，则它们不会优化它们。

这两个陈述都是真的吗？有没有办法在我描述的情况下避免那些变量而不会向后弯曲太远？

答案

在嵌入式世界中，它们似乎在处理硬件中断时几乎是不可避免的。它们也必须变得易失，因此如果编译器看到它们在运行程序中从未被触及，则它们不会优化它们。

这两个陈述都是真的吗？有没有办法在我描述的情况下避免那些变量而不会向后弯曲太远？

这些陈述都不是真的。

首先，让我们澄清一下，全局变量是指具有外部链接的文件范围变量。这些是可以使用extern关键字或错误调用的变量。

关于第一个声明：

在嵌入式世界中，它们似乎在处理硬件中断时几乎是不可避免的。

使用硬件中断时，可以避免全局变量。正如其他人在评论中指出的那样，嵌入式环境中的全局变量并不罕见，但是，如果您能够负担得起实施适当的封装，则不会鼓励它们。 This article，有人在你的问题的评论中提供，实际上包含一个读者响应，提供了一个很好的例子，说明无法正确实现封装的地方（你不必走远，这是第一个）。

关于第二个声明：

它们也必须变得易失，因此如果编译器看到它们在运行程序中从未被触及，则它们不会优化它们。

这句话，我们说'几乎是真的'。编译器知道何时需要访问变量的内存位置（写入/读取内存），因此当打开优化时，它将避免不必要的内存访问。 volatile关键字告诉编译器不要这样做，这意味着每次使用变量时都会访问该内存位置。

需要使用volatile关键字的情况

• 全局变量更新了一个中断
• 由多线程应用程序中的多个线程访问的全局变量
• 内存映射外设寄存器

对于由中断更新的全局变量，volatile关键字是必不可少的，因为中断可以随时发生，我们不想错过该更新。对于未被中断更新且应用程序是单线程的全局变量，volatile关键字完全没必要，并且实际上可以减慢代码速度，因为每次都要访问该变量的内存位置！

有没有办法在我描述的情况下避免那些变量而不会向后弯曲太远？

答案真的取决于。可能最重要的是你从改变设计中获得了什么？此外，这是一个专业项目，一个用于学校，还是一个有趣的项目？

根据我作为工程师的经验，上市时间往往是公司在开发新产品时最担心的问题。通常会有一些遗留的代码，你在研究和开发阶段就会遇到这些代码，并且它“有效”，那么为什么要花时间修复一些没有破坏的东西呢？说真的，最好是一个非常有说服力的论据，否则不要浪费你的时间。

根据我的教育经验，花时间回过头来实施适当的设计理念并记录它绝对值得，但只有你真的有时间这样做！如果您接近截止日期，请不要冒险。如果你领先于游戏，那就去做吧。它的价值多于一个方面。

最后，要正确封装硬件中断的中断服务程序（ISR），您需要将其置于实际的设备驱动程序（CAN，UART，SPI等）中。应仅通过设备驱动程序和设备驱动程序来促进与ISR的所有通信。 ISR和设备驱动程序之间共享的变量应声明为static和volatile。如果您需要在外部访问任何这些变量，则可以将setter和getter创建为驱动程序的公共API的一部分。 Check this answer out for a general guideline to follow.