單片機(jī)中volatile定義的作用詳解

單片機(jī)中volatile定義的作用詳解

一個(gè)定義為volatile的變量是說(shuō)這變量可能會(huì)被意想不到地改變，這樣，編譯器就不會(huì)去假設(shè)這個(gè)變量的值了。精確地說(shuō)就是，優(yōu)化器在用到這個(gè)變量時(shí)必須每次都小心地重新讀取這個(gè)變量的值，而不是使用保存在寄存器里的備份。下面是volatile變量的幾個(gè)例子：?
??? 1). 并行設(shè)備的硬件寄存器（如：狀態(tài)寄存器）?
??? 2). 一個(gè)中斷服務(wù)子程序中會(huì)訪問(wèn)到的非自動(dòng)變量(Non-automatic variables)?
??? 3). 多線程應(yīng)用中被幾個(gè)任務(wù)共享的變量?
??? 回答不出這個(gè)問(wèn)題的人是不會(huì)被雇傭的。我認(rèn)為這是區(qū)分C程序員和嵌入式系統(tǒng)程序員的最基本的問(wèn)題。嵌入式系統(tǒng)程序員經(jīng)常同硬件、中斷、RTOS等等打交道，所用這些都要求volatile變量。不懂得volatile內(nèi)容將會(huì)帶來(lái)災(zāi)難。?
??? 假設(shè)被面試者正確地回答了這是問(wèn)題（嗯，懷疑這否會(huì)是這樣），我將稍微深究一下，看一下這家伙是不是直正懂得volatile完全的重要性。?
??? 1). 一個(gè)參數(shù)既可以是const還可以是volatile嗎？解釋為什么。?
??? 2). 一個(gè)指針可以是volatile 嗎？解釋為什么。?
??? 3). 下面的函數(shù)有什么錯(cuò)誤：?
???????? int square(volatile int *ptr)?
???????? {?
????????????? return *ptr * *ptr;?
???????? }?
??? 下面是答案：?
??? 1). 是的。一個(gè)例子是只讀的狀態(tài)寄存器。它是volatile因?yàn)樗赡鼙灰庀氩坏降馗淖?。它是const因?yàn)槌绦虿粦?yīng)該試圖去修改它。?
??? 2). 是的。盡管這并不很常見(jiàn)。一個(gè)例子是當(dāng)一個(gè)中服務(wù)子程序修該一個(gè)指向一個(gè)buffer的指針時(shí)。?
??? 3). 這段代碼的有個(gè)惡作劇。這段代碼的目的是用來(lái)返指針*ptr指向值的平方，但是，由于*ptr指向一個(gè)volatile型參數(shù)，編譯器將產(chǎn)生類似下面的代碼：?
??? 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該變，因此a和b可能是不同的。結(jié)果，這段代碼可能返不是你所期望的平方值！正確的代碼如下：?
???? long square(volatile int *ptr)??
???? {?
??????????? int a;?
??????????? a = *ptr;?
??????????? return a * a;?
???? }?
volatile的本意是“易變的” 由于訪問(wèn)寄存器的速度要快過(guò)RAM，所以編譯器一般都會(huì)作減少存取外部RAM的優(yōu)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中斷產(chǎn)生時(shí)，在main當(dāng)中調(diào)用dosomething函數(shù)，但是，由于編譯器判斷在main函數(shù)里面沒(méi)有修改過(guò)i，因此 可能只執(zhí)行一次對(duì)從i到某寄存器的讀操作，然后每次if判斷都只使用這個(gè)寄存器里面的“i副本”，導(dǎo)致dosomething永遠(yuǎn)也不會(huì)被調(diào)用。如果將將變量加上volatile修飾，則編譯器保證對(duì)此變量的讀寫操作都不會(huì)被優(yōu)化（肯定執(zhí)行）。此例中i也應(yīng)該如此說(shuō)明。?
一般說(shuō)來(lái)，volatile用在如下的幾個(gè)地方：?
1、中斷服務(wù)程序中修改的供其它程序檢測(cè)的變量需要加volatile；?
2、多任務(wù)環(huán)境下各任務(wù)間共享的標(biāo)志應(yīng)該加volatile；?
3、存儲(chǔ)器映射的硬件寄存器通常也要加volatile說(shuō)明，因?yàn)槊看螌?duì)它的讀寫都可能由不同意義；?

另外，以上這幾種情況經(jīng)常還要同時(shí)考慮數(shù)據(jù)的完整性（相互關(guān)聯(lián)的幾個(gè)標(biāo)志讀了一半被打斷了重寫），在1中可以通過(guò)關(guān)中斷來(lái)實(shí)?
現(xiàn)，2中可以禁止任務(wù)調(diào)度，3中則只能依靠硬件的良好設(shè)計(jì)了。?
volatile的本意是“易變的”??
由于訪問(wèn)寄存器的速度要快過(guò)RAM，所以編譯器一般都會(huì)作減少存取外部RAM的優(yōu)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中斷產(chǎn)生時(shí)，在main當(dāng)中調(diào)用dosomething函數(shù)，但是，由于編譯器判斷在main函數(shù)里面沒(méi)有修改過(guò)i，因此?
可能只執(zhí)行一次對(duì)從i到某寄存器的讀操作，然后每次if判斷都只使用這個(gè)寄存器里面的“i副本”，導(dǎo)致dosomething永遠(yuǎn)也不會(huì)被?
調(diào)用。如果將將變量加上volatile修飾，則編譯器保證對(duì)此變量的讀寫操作都不會(huì)被優(yōu)化（肯定執(zhí)行）。此例中i也應(yīng)該如此說(shuō)明。?

一般說(shuō)來(lái)，volatile用在如下的幾個(gè)地方：?

1、中斷服務(wù)程序中修改的供其它程序檢測(cè)的變量需要加volatile；?

2、多任務(wù)環(huán)境下各任務(wù)間共享的標(biāo)志應(yīng)該加volatile；?

3、存儲(chǔ)器映射的硬件寄存器通常也要加volatile說(shuō)明，因?yàn)槊看螌?duì)它的讀寫都可能由不同意義；?

另外，以上這幾種情況經(jīng)常還要同時(shí)考慮數(shù)據(jù)的完整性（相互關(guān)聯(lián)的幾個(gè)標(biāo)志讀了一半被打斷了重寫），在1中可以通過(guò)關(guān)中斷來(lái)實(shí)?
現(xiàn)，2中可以禁止任務(wù)調(diào)度，3中則只能依靠硬件的良好設(shè)計(jì)了。?
關(guān)鍵在于兩個(gè)地方：??????
??
1. 編譯器的優(yōu)化? (請(qǐng)高手幫我看看下面的理解)?

在本次線程內(nèi), 當(dāng)讀取一個(gè)變量時(shí)，為提高存取速度，編譯器優(yōu)化時(shí)有時(shí)會(huì)先把變量讀取到一個(gè)寄存器中；以后，再取變量值時(shí)，就直接從寄存器中取值；?

當(dāng)變量值在本線程里改變時(shí)，會(huì)同時(shí)把變量的新值copy到該寄存器中，以便保持一致?

當(dāng)變量在因別的線程等而改變了值，該寄存器的值不會(huì)相應(yīng)改變，從而造成應(yīng)用程序讀取的值和實(shí)際的變量值不一致?

當(dāng)該寄存器在因別的線程等而改變了值，原變量的值不會(huì)改變，從而造成應(yīng)用程序讀取的值和實(shí)際的變量值不一致??

典型的例子?
for ( int i=0; i<100000; i++);?
這個(gè)語(yǔ)句用來(lái)測(cè)試空循環(huán)的速度的?
但是編譯器肯定要把它優(yōu)化掉，根本就不執(zhí)行?
如果你寫成??
for ( volatile int i=0; i<100000; i++);?
它就會(huì)執(zhí)行了