电子文章 | 电子资料下载 | 家电维修 | 维修资料下载 | 加入收藏 | 全站地图
您现在所在位置:电子爱好者电子文章单片机学习单片机中volatile定义的作用

单片机中volatile定义的作用

11-20 00:12:13 | http://www.5idzw.com | 单片机学习 | 人气:926
标签:单片机开发,单片机原理,单片机教程,http://www.5idzw.com 单片机中volatile定义的作用,http://www.5idzw.com

  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。

  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。

  关键在于两个地方:

  1. 编译器的优化  (请高手帮我看看下面的理解)

  在本次线程内, 当读取一个变量时,为提高存取速度,编译器优化时有时会先把变量读取到一个寄存器中;以后,再取变量值时,就直接从寄存器中取值;

  当变量值在本线程里改变时,会同时把变量的新值copy到该寄存器中,以便保持一致

  当变量在因别的线程等而改变了值,该寄存器的值不会相应改变,从而造成应用程序读取的值和实际的变量值不一致

  当该寄存器在因别的线程等而改变了值,原变量的值不会改变,从而造成应用程序读取的值和实际的变量值不一致

  举一个不太准确的例子:

  发薪资时,会计每次都把员工叫来登记他们的*号;一次会计为了省事,没有即时登记,用了以前登记的*号;刚好一个员工的*丢了,已挂失该*号;从而造成该员工领不到*

  员工 -- 原始变量地址

  *号 -- 原始变量在寄存器的备份

  2. 在什么情况下会出现(如1楼所说)

  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

  补充: volatile应该解释为“直接存取原始内存地址”比较合适,“易变的”这种解释简直有点误导人;

  “易变”是因为外在因素引起的,象多线程,中断等,并不是因为用volatile修饰了的变量就是“易变”了,假如没有外因,即使用volatile定义,它也不会变化;

  而用volatile定义之后,其实这个变量就不会因外因而变化了,可以放心使用了; 大家看看前面那种解释(易变的)是不是在误导人

  ------------简明示例如下:------------------

  volatile关键字是一种类型修饰符,用它声明的类型变量表示可以被某些编译器未知的因素更改,比如:操作系统、硬件或者其它线程等。遇到这个关键字声明的变量,编译器对访问该变量的代码就不再进行优化,从而可以提供对特殊地址的稳定访问。

  使用该关键字的例子如下:

  int volatile nVint;

  >>>>当要求使用volatile 声明的变量的值的时候,系统总是重新从它所在的内存读取数据,即使它前面的指令刚刚从该处读取过数据。而且读取的数据立刻被保存。

  例如:

  volatile int i=10;

  int a = i;

  ...

  //其他代码,并未明确告诉编译器,对i进行过操作

  int b = i;

  >>>>volatile 指出 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,因而编译器生成的汇编代码会重新从i的地址读取数据放在b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b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。

[1] [2]  下一页

,单片机中volatile定义的作用
关于《单片机中volatile定义的作用》的更多文章