ARM学习随笔（6）volatile以及对（*（volatile unsigned long *))的理解

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。
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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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嵌入式编程中经常用到 volatile这个关键字，在网上查了下他的用法可以归结为以下两点：
一：告诉compiler不能做任何优化
   比如要往某一地址送两指令： 
   int *ip =...; //设备地址 
   *ip = 1; //第一个指令 
   *ip = 2; //第二个指令 
   以上程序compiler可能做优化而成： 
   int *ip = ...; 
   *ip = 2; 
   结果第一个指令丢失。如果用volatile, compiler就不允许做任何的优化，从而保证程序的原意： 
   volatile int *ip = ...; 
   *ip = 1; 
   *ip = 2; 
   即使你要compiler做优化，它也不会把两次付值语句间化为一。它只能做其它的优化。这对device driver程序员很有用。
二：表示用volatile定义的变量会在程序外被改变,每次都必须从内存中读取，而不能把他放在cache或寄存器中重复使用。
   如   volatile char a;   
        a=0; 
       while(!a){ 
//do some things;   
       }   
       doother(); 
   如果没有 volatile doother()不会被执行。
 
（*（volatile unsigned long *))
  
  
  
  

   
   
   
   这个语句对于不同的计算机体系结构，设备可能是端口映射，也可能是内存映射的。如果系统结构支持独立的IO地址空间，并且是端口映射，就必须使用汇编语言完成实际对设备的控制，因为C语言兵没有提供真正的“端口”的概念。如果是内存映射，那就方便多了。
  
  
  
  
  
  
  
  

   
   
   
    
  
  
  
  
  
  
  
  

   
   
   
   以 #define IOPIN (*((volatile unsigned long *)0xE0028000))为例：作为一个宏定义语句，define是定义一个变量或常量的伪指令。首先 （volatile unsigned long *) 的意思是将后面那个地址强制转换成 volatile unsigned long * , unsigned long *是无符号长整型，volatile是一个类型限定符，如const一样，当使用volatile限定时，表示这个变量是依赖系统实现的，意味着这个变量会被其他程序或者计算机硬件修改，由于地址依赖于硬件，volatile就表示他的值会依赖于硬件。
  
  
  
  
  
  
  
  

   
   
   
    
  
  
  
  
  
  
  
  

   
   
   
   volatile 类型是这样的，其数据确实可能在未知的情况下发生变化。比如，硬件设备的终端更改了它，现在硬件设备往往也有自己的私有内存地址，比如显存，他们一般是通过映象的方式，反映到一段特定的内存地址当中，这样，在某些条件下，程序就可以直接访问这些私有内存了。另外，比如共享的内存地址，多个程序都对它操作的时候。你的程序并不知道，这个内存何时被改变了。如果不加这个voliatile修饰，程序是利用cache当中的数据，那个可能是过时的了，加了 voliatile，就在需要用的时候，程序重新去那个地址去提取，保证是最新的。归纳起来如下：
  
  
  
  

1. volatile变量可变允许除了程序之外的比如硬件来修改他的内容
2. 访问该数据任何时候都会直接访问该地址处内容，即通过cache提高访问速度的优化被取消
  
  
  
  

   
   
   
   对于((volatile unsigned long *) 0xE0028000)为随硬件需要定义的一种地址，前面加上“*”指针，为直接指向该地址，整个定义约定符号IOPIN代替，调用的时候直接对指向的地址寄存器写内容既可。这实际上就是内存映射机制的方便性了。其中volatile关键字是嵌入式系统开发的一个重要特点。上述表达式拆开来分析，首先(volatile unsigned long *) 0xE0028000的意思是把0xE0028000强制转换成volatile unsigned long类型的指针，暂记为p，那么就是#define A *p，即A为P指针指向位置的内容了。这里就是通过内存寻址访问到寄存器A，可以读/写操作。
  
  
  
  
  
  
  
  

   
   
   
    
  
  
  
  
  
  
  
  

   
   
   
   对于(volatile unsigned char *)0x20可以再分析一下，它是由两部分组成：
  
  
  
  
  
  
  
  

   
   
   
   1）（unsigned char *)0x20，0x20只是个值，前面加（unsigned char *)表示0x20是个地址，而且这个地址类型是unsigned char ，意思是说读写这个地址时，要写进unsigned char 的值，读出也是unsigned char 。
  
  
  
  
  
  
  
  

   
   
   
   2）volatile，关键字volatile 确保本条指令不会因C 编译器的优化而被省略，且要求每次直接读值。例如用while((unsigned char *)0x20)时，有时系统可能不真正去读0x20的值，而是用第一次读出的值，如果这样，那这个循环可能是个死循环。用了volatile 则要求每次都去读0x20的实际值。
  
  
  
  
  
  
  
  

   
   
   
    
  
  
  
  
  
  
  
  

   
   
   
   那么(volatile unsigned char *)0x20是一个固定的指针，是不可变的，不是变量。而char *u则是个指针变量。
  
  
  
  
  
  
  
  

   
   
   
   再在前面加"*"：*(volatile unsigned char *)0x20则变成了变量（普通的unsigned char变量，不是指针变量），如果#define i (*(volatile unsigned char *)0x20),那么与unsigned char i是一样了，只不过前面的i的地址是固定的。
  
  
  
  
  
  
  
  

   
   
   
    
  
  
  
  
  
  
  
  

   
   
   
   那么问题就可解答了，(*(volatile unsigned char *)0x20)可看作是一个普通变量，这个变量有固定的地址，指向0x20。而0x20只是个常量，不是指针更不是变量。
  
  
  
  
终于理解了#define SREG （*(volatile unsigned CHAR *)0x5F) 以前看到#define SREG     (*(volatile unsigned CHAR *)0x5F) 这样的定义，总是感觉很奇怪，不知道为什么，今天终于有了一点点心得，请大虾们多多批砖~~~     嵌入式系统编程，要求程序员能够利用C语言访问固定的内存地址。既然是个地址，那么按照C语言的语法规则，这个表示地址的量应该是指针类型。所以，知道要访问的内存地址后，比如0x5F，     第一步是要把它强制转换为指针类型 （unsigned CHAR *)0x5F，AVR的SREG是八位寄存器，所以0x5F强制转换为指向 unsigned CHAR类型。     volatile（可变的）这个关键字说明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。这种“意想不到地改变”，不是由程序去改变，而是由硬件去改变——意想不到。     第二步，对指针变量解引用，就能操作指针所指向的地址的内容了     *(volatile unsigned CHAR *)0x5F     第三步，小心地把#define宏中的参数用括号括起来，这是一个很好的习惯，所以#define SREG     (*(volatile unsigned CHAR *)0x5F)      类似的，如果使用一个32位处理器，要对一个32位的内存地址进行访问，可以这样定义#define RAM_ADDR      (*(volatile unsigned LONG   *)0x0000555F)      然后就可以用C语言对这个内存地址进行读写操作了      读：tmp = RAM_ADDR；      写：RAM_ADDR = 0x55；