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volatile变量实例解析之单片机

来源:芯片解密-龙芯世纪   时间:2009-12-03   阅读:1324

  一个定义为volatile的变量是说这变量可能会被意想不到地改变,这样,编译器就不会去假设这个变量的值了。精确地说就是,优化器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值,而不是使用保存在寄存器里的备份。
  下面是volatile变量的几个例子:
  1). 并行设备的硬件寄存器(如:状态寄存器)
  2). 一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量(Non-automatic variables)
  3). 多线程应用中被几个任务共享的变量
  回答不出这个问题的人是不会被雇佣的。我认为这是区分C程序员和嵌入式系统程序员的最基本的问题。嵌入式系统程序员经常同硬件、中断、RTOS等等打交道,所用这些都要求volatile变量。不懂得volatile内容将会带来灾难。  假设被面试者正确地回答了这是问题(嗯,怀疑这否会是这样),我将稍微深究一下,看一下这家伙是不是直正懂得volatile完全的重要性。
  1). 一个参数既可以是const还可以是volatile吗?解释为什么。
  2). 一个指针可以是volatile 吗?解释为什么。
  3). 下面的函数有什么错误:  int square(volatile int *ptr)   {   return *ptr * *ptr;   }
  下面是答案:
  1). 是的。一个例子是只读的状态寄存器。它是volatile因为它可能被意想不到地改变。它是const因为程序不应该试图去修改它。
  2). 是的。尽管这并不很常见。一个例子是当一个中服务子程序修该一个指向一个buffer的指针时。
  3). 这段代码的有个恶作剧。这段代码的目的是用来返指针*ptr指向值的平方,但是,由于*ptr指向一个volatile型参数,编译器将产生类似下面的代码:  int square(volatile int *ptr)   {   int a,b;   a = *ptr;   b = *ptr;   return a * b;   }   由于*ptr的值可能被意想不到地该变,因此a和b可能是不同的。结果,这段代码可能返不是你所期望的平方值!正确的代码如下:  long square(volatile int *ptr)   {   int a;   a = *ptr;   return a * a;   }   volatile的本意是“易变的” 由于访问寄存器的速度要快过RAM,所以编译器一般都会作减少存取外部RAM的优化。比如:  static int i=0;   int main(void)   {   ...   while (1)   {   if (i) dosomething();   }   }   /* Interrupt service routine. */   void ISR_2(void)   {   i=1;   }   程序的本意是希望ISR_2中断产生时,在main当中调用dosomething函数,但是,由于编译器判断在main函数里面没有修改过i,因此可能只执行一次对从i到某寄存器的读操作,然后每次if判断都只使用这个寄存器里面的“i副本”,导致dosomething永远也不会被调用。如果将将变量加上volatile修饰,则编译器保证对此变量的读写操作都不会被优化(肯定执行)。此例中i也应该如此说明。
  一般说来,volatile用在如下的几个地方:
  1、中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量需要加volatile;
  2、多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile;
  3、存储器映射的硬件寄存器通常也要加volatile说明,因为每次对它的读写都可能由不同意义;
  另外,以上这几种情况经常还要同时考虑数据的完整性(相互关联的几个标志读了一半被打断了重写),在1中可以通过关中断来实  现,2中可以禁止任务调度,3中则只能依靠硬件的良好设计了。
  volatile的本意是“易变的”
  由于访问寄存器的速度要快过RAM,所以编译器一般都会作减少存取外部RAM的优化。比如:  static int i=0;   int main(void)   {   ...   while (1)   {   if (i) dosomething();   }   }   /* Interrupt service routine. */   void ISR_2(void)   {   i=1;   }   程序的本意是希望ISR_2中断产生时,在main当中调用dosomething函数,但是,由于编译器判断在main函数里面没有修改过i,因此  可能只执行一次对从i到某寄存器的读操作,然后每次if判断都只使用这个寄存器里面的“i副本”,导致dosomething永远也不会被  调用。如果将将变量加上volatile修饰,则编译器保证对此变量的读写操作都不会被优化(肯定执行)。此例中i也应该如此说明。