volatile为什么要修饰中断里的变量

共有四种情况:

就下面这三种情况,还有利用for循环去延时的程序防止被优化(编译器认为for循环没用而优化掉),没有其它了,如果是这几种,那就干脆直接用volatile修饰:

一个是防止变量在其它地方被改变,而cash里没有改变,所以要求每次都要读取内存。

一个是防止编译器优化,编译器感觉你这个变量不会有变化,但是实际在其它线程或硬件会改变它,所以要每次从内存读,你编译器就不要优化。

所以记住两句话:volatile大体两个作用:1防止编译器优化,编译器判断你的变量在某一段内没有变化。2.你别的地方,如中断,其它线程,并行的硬件把变量改了,比如从0加到1,但是我不知道,我读出来的还是0,为什么,因为我从cache里读的。这两个区别一个是编译阶段一个是执行阶段(这句话总结的不错)其实记住两个例子最好,一个for延时程序,一个是我曾经遇到的bug,中断把一个全局变量改了,但是中断执行后我去读这个变量发现没有该。

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

4)防止被编译器优化,入for循环延时程序。

包括for循环和下面的:

用volatile关键字防止变量被编译器优化

volatile 是在C ,C++,Java等中语言中的一种修饰关键字。
这个关键字在嵌入式系统中,是一个非常重要的一个使用。尽管在一般的Application中,可能很多人都不需要使用这个。但是在单片机中,如果不熟悉这个关键字,很有可能产生想像不到的意外。
那么,我就来谈谈Volatile的意义--

volatile在ANSI C(C89)以后的C标准规格和const一起被包含在内。在标准C中,这些关键字是必定存在的。

关于volatile的意义,根据标准C的定义、

    volatile的目的是,避免进行默认的优化处理.比如说对于编译器优化的功能,如果从编译器看来,有些多余的代码的话,编译器就会启动优化程序,并删除一些代码,但是这在嵌入式系统中很有可能是关键性的处理,必须不能保证被编译器删掉,所以提供了Volitile来声明,告诉编译器无论如何都不要删掉我。

举个例子--
■比如说下面条件的一段代码

extern int event_flag

void poll_event()
{
while (event_flag == 0) {
    /* 不操作event_flag */
    ....
}
....
}

我们不再循环中改变这里的event_flag的值,这样的话,event_flag 看起来就像是多余的,因此单片机编译器可能把此程序看为下段程序

void poll_event()
{
if (event_flag == 0) {
    while (1) {
      /* 不对event_flag操作 */
    ....
    }
}
....
}

对于一般的编译器,一般都会把程序优化成上述程序。
优化while循环使其不必每次判断条件
这样的优化确实可以提高代码速度,比如while循环中不再需要对条件的判断,所以很快,但是这是正确的吗?

对于单线程的程序,这是没有问题的,因为event_flag 就永远不会改变,但是对于多线程程序,RTOS的多任务处理的话,event_flag 的值可能被其他线程改变,这样问题就来了,因为被优化的代码并不具备对用event_flag 变化的能力。因此导致错误的意想不到的结果,如果此代码在ECU上执行的话, 那我们的小命可就有可能没了 。。。。

为了避免这种情况,我们使用volatile关键字来防止程序被编译器优化。具体的使用方法,我们用下面的程序来说明’

extern volatile int event_flag

这样声明event_flag全局变量的话,就不用担心event_flag 被优化掉,程序将按照设计来运行。
■还有一个例子
对于条件分歧以外,还有一下的例子

extern int* p_regster1;
extern int* p_regster2;

void set_regester2(int val)
{
/*在单片机中,必须进行的设定*/
*p_register1 = 1;
*p_register2 = 0;
*p_register2 = val;
*p_register1 = 0;
}

您可能看到p_register1 被赋值两次,还有p_register2也是,编译器认为,你怎么这么笨,定义两次,于是就把成程序优化为下面

void set_regester2(int val)
{
*p_register2 = val;
*p_register1 = 0;
}
这样的话,我们所规定的程序没有办法设置,可能导致一些想不到的问题。
为了回避这个问题,我们必须用Volitile来避免这个问题

extern volitile int* p_regster1;
extern volitile int* p_regster2;

现在单片机的编译器越来越先进,在很多地方,我们不再需要直接写汇编代码,但是在如果对编译器的优化程序没有深刻的理解,像上面的问题,就很危险,因为嵌入式工作在无人的环境中,因此对于编译器的理解,还有要需要一定程序的学习。

最后希望您能通过本文了解Volitile的基本使用。 如果有什么错误的地方,恳请您的指出。


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先来个总的介绍:

volatile 影响编译器编译的结果,指出,volatile 变量是随时可能发生变化的,与volatile变量有关的运算,不要进行编译优化,以免出错,(VC++ 在产生release版可执行码时会进行编译优化,加volatile关键字的变量有关的运算,将不进行编译优化。)。
例如:
volatile int i=10;
int j = i;
...
int k = i;
volatile 告诉编译器i是随时可能发生变化的,每次使用它的时候必须从i的地址中读取,因而编译器生成的可执行码会重新从i的地址读取数据放在k中。
而优化做法是,由于编译器发现两次从i读数据的代码之间的代码没有对i进行过操作,它会自动把上次读的数据放在k中。而不是重新从i里面读。这样以来,如果i是一个寄存器变量或者表示一个端口数据就容易出错,所以说volatile可以保证对特殊地址的稳定访问,不会出错。

/**********************

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。搞嵌入式的家伙们经常同硬件、中断、RTOS等等打交道,所有这些都要求用到volatile变量。不懂得volatile的内容将会带来灾难。假设被面试者正确地回答了这是问题(嗯,怀疑是否会是这样),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) 这段代码有点变态。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;
}
位操作(Bit manipulation)

 

 

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中断和不同线程里的情况是这样:

如果中断和中断外用的用一个变量a,就算名字都是a,而不是中断里b=a;中断外c=a;(不过都是访问a的值)

如果a在中断里被改变,比如被加1,中断退出后再访问这个值,那访问的很可能是a备份在寄存器里的值,而不是直接去访问a在内存里的值。

 

总的来说三种情况,都是在访问a值的时候会出问题。

记住这句,就是在访问a的时候(把a赋值给其他变量或直接使用a)是访问a保存在寄存器里的值,还是a在内存里的值。用volatile修饰就是访问a在内存的值。如果a有可能被中断或不同线程,或硬件改动,那就要用volatile修饰。  如果a只是同一线程的一个普通变量则没必要用volatile修饰。

 

就下面这三种情况,还有利用for循环去延时的程序,没有其它了,如果是这几种,那就干脆直接用volatile修饰:

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

 

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for循环为什么也要用volatile修饰变量i;

for (i = 0 ;i < 1000 ; i++ )

{

 a++;

}

   前面说到O2态猛了,猛在什么地方呢?猜都能猜的出来,首先test函数它不敢省略掉。但for循环却可以被优化改成 a+= 1000;。那么我们在O2是,能否不让这个 for 循环被优化掉呢?哈,前面不是刚说过volatile吗?你在 int a;前面加上volatile关键词,告诉编译器,这个a你可别乱动,指不定别的线程会随时调用读取或修改,所以你老实的给我for循环

 

所以实际是利用了volatile告诉编译器,a在a++的过程中可能会被改变,所以,让编译器老老实实的去一个个的加。不让编译器去优化。并不是加了a,a就要每次去读内存的值,目的不是这个,因为a确实没有在其它线程或异步或被硬件改动。这里只是防止编译器优化,而a每次去读内存其实时间还多了。

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