嵌入式 C - 易失性限定符在我的中断例程中无关紧要

Posted 2023-02-16

【中文标题】嵌入式 C - 易失性限定符在我的中断例程中无关紧要

【英文标题】：EMBEDDED C - Volatile qualifier does not matter in my interrupt routine

【发布时间】：2021-06-13 14:58:40

【问题描述】：

我是嵌入式 C 的新手，最近看了一些关于 volatile 限定符的视频。他们都提到了同样的事情。 volatile 限定符的使用场景：

在 ISR（中断服务例程）中读取或写入变量时 RTOS 应用程序或多线程（这不是我的情况） 内存映射 IO（这也不是我的情况）

我的问题是我的代码没有卡在下面的whiletest();function 当我的UART接收到数据然后触发void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)中断函数

int test;

int main(void)

  test = 0;
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1);

  while (1)
   
        Delay(500);     
        printf("the main is runing\r\n");
        whiletest();
   


void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)

    if(huart->Instance == USART1)
    
        test = 1;
        HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1);
    


void whiletest(void)

int count =0;
while(!test)
 count++;
 printf("%d\r\n",count);
 Delay(2000);
 

我使用 keil IDE 和 stm32cubeIDE。我了解到，如果您选择 o2 或 o3 优化级别，编译器会优化一些指令。因此，我为构建选项选择了 o2 级别，但它似乎对我的代码没有影响。编译器不会在 while 循环中优化加载指令，并在主函数中缓存测试值0，就像 youtube 上的视频教学一样。这令人困惑。在什么情况下我应该使用 volatile 限定符同时保持我的代码优化（o2 或 o3 级别）。

注意：我使用的是 stm32h743zi (M7)

【问题讨论】：

Test 与 test 不同。那么，这里还有更多代码没有显示吗？

并非所有资源都具有同等质量。我特别注意到，在 C 和 C++ 中，volatile 没有特定于多线程程序的有效用途，这与您检查的某些资源似乎告诉您的相反。这是一个有点普遍的误解。

至于“编译器不会优化加载指令”，建议您编写 C 语言定义所需语义的 C 代码，而不是依赖于编译器执行或避免特定优化，除非语言说明可以执行哪些类型的优化（这就是volatile 的来源）。如果您需要对二进制文件进行操作码级别的控制，则应使用汇编语言编写。

请不要标记无关的语言。

您赢得了编译器彩票——您的编译器更感兴趣的是有用，而不是在人工基准测试中取得好成绩。遗憾的是，您不应该依赖它，因为它可能会随着更新或构建选项而改变。

【参考方案1】：

volatile 通知编译器对象容易产生副作用。这意味着它可以被不在程序执行路径中的东西改变。

由于您从不直接调用中断例程，编译器假定test 变量永远不会是1。你需要告诉他（volatile 这样做）无论如何它可能会改变。

示例：

volatile int test;

void interruptHandler(void)

    test = 1;


void foo(void)

    while(!test);
    LED_On();

编译器知道test 可以以某种方式更改，并且总是在while 循环中读取它

foo:
        push    r4, lr
        ldr     r2, .L10
.L6:
        ldr     r3, [r2]     //compiler reads the value of the test from the memory as it knows that it can change.
        cmp     r3, #0
        beq     .L6
        bl      LED_On
        pop     r4, lr
        bx      lr
.L10:
        .word   .LANCHOR0
test:

没有volatile 编译器将假定test 始终为零。

foo:
        ldr     r3, .L10
        ldr     r3, [r3]
        cmp     r3, #0
        bne     .L6
.L7:
        b       .L7     //dead loop here
.L6: 
        push    r4, lr
        bl      LED_On
        pop     r4, lr
        bx      lr
.L10:
        .word   .LANCHOR0
test:

在您的代码中，如果对象被不在程序路径中的东西更改，您必须使用 volatile。

【讨论】：

我可以添加为这些标志类型变量使用布尔值。

我认为你误解了这个问题，它说while循环确实退出

【参考方案2】：

只有在优化后的代码表现得好像优化器什么都不做时，编译器才能优化（更改）代码。

在您的情况下，您在 while 循环中调用了两个函数（延迟和 printf）。编译器无法看到这些函数的作用，因为它们出现在单独的编译器单元中。因此，编译器必须假设它们可能会更改全局变量 test 的值，因此无法优化对 test 中值的检查。删除函数调用，编译器可能会优化测试值的检查。

【讨论】：

声明 static int test; 也会本地化共享变量并允许优化。

我试图找出问题的方式可能是这里的罪魁祸首！感谢您提供有见地的答案。我将查找删除了 delay() 和 printf() 的汇编代码。