单片机volatile关键字的作用

发布时间:2022-12-15  

最近有些想伙伴问在单片机c语言编程时volatile这个关键词怎么理解?有什么作用?

Volatile是C语言的一个关键字,在stm8和stm32的固件库里也会经常看见这个关键字的使用。


如果真的想理解透彻,可能要追溯到编译器优化机制和cpu访问变量的原理。

这个可能需要花很多时间去研究,并不是很划算,我一直强调学习也要把控好投产比,也就是你投入研究的时间要和回报成正比。


很明显,对于一个开发者来说并不需要深入研究编译器优化代码的机制,至少我这么多年没深入研究过,也不影响我做产品。


很熟悉和只了解,同样都能实现功能,所花的时间成本却是天差地别的。

所以,我们只需要知道有编译器优化的概念,和cpu访问变量的原理就够了。

重点是记住volatile这个关键词的使用场景,什么时候必须要用!


一. CPU访问变量

1. 给变量赋值

我们看上图代码。

代码第一行定义了一个全局变量a,第6行把a赋值为1。

程序在执行的时候,首先会把1这个值赋值给cpu的寄存器里(比如R0-R7),然后再把寄存器里面这个1赋值到&a这个内存地址里。

这是给变量赋值的过程。

2. 读变量的值

代码第一行定义了两个全局变量a和b,第12行把变量a的值赋值给b。

程序在执行的时候,会先把a这个内存地址的值(也就是1)取出来先存到寄存器里,然后再把寄存器里的值存储到变量b的内存地址里。

这是读取变量值的过程。

二.编译器优化

1.上面程序执行过程有什么缺点?

我们可以再看一下上面那个代码,是不是觉得程序执行过程中第16行(&a内存地址->寄存器)的操作有点多余?

因为a的值已经存在寄存器里了,直接把寄存器的值存到变量b的内存地址里不就行了?

为什么还要重新从a的内存地址里重新取值到寄存器?有种脱裤子放屁的感觉对吧?

2.为什么要优化?

你能想到的,大聪明编译器肯定也能想到。

一般访问寄存器要比访问内存(RAM)的效率高。

所以,编译器也是基于这些规律特点,对我们写好的代码进行优化。

我们常用的开发工具Keil可以对优化等级进行设置,比如说Keil这个开发工具可以设置优化等级。

具体这几个优化等级有啥区别,大家可以自行百度下。

经过编译器代码优化以后,为了执行效率更高,执行这段程序的流程就会被优化。

最终程序执行可能就直接把寄存器的值赋值给变量b这个内存地址了,而不是重新从变量a的内存地址里读取到寄存器,这样效率就提高了。

编译器优化原则之一:减少对内存访问的次数,因为从内存里读写数据效率比较低。

三.volatile到底有什么用?用在什么场合?

如果这样被优化掉,会不会出现问题?哪些情况下会出现问题?

答案是有可能会,比如以下几种情况:

1.在执行b=a之前,发生中断,中断里把a的值改了

假设程序执行到第12行,发生了一个定时器4中断,中断里a=2了。

这个时候b=a,大家猜结果等于多少?是不是还是等于1?

而实际上a=2了,这个时候程序就会产生一些不可预知的错误。

所以,如果你有全局变量,会在中断里去改变它的值,最好用volatile关键字修饰下。

2.带RTOS的情况下

相信大家都知道,实时操作系统任务之间是可以根据任务优先级打断的。

如上图,假设Task2任务优先级比Task1优先级高,说明Task2是可以随时打断Task1的。

假设Task1执行到12行,Task2任务就绪开始执行了,然后把a=2,执行完又回到Task1的第14行继续执行,这样b=a,大家猜猜结果等于多少?是不是还是等于1?

实际上a=2了,这个时候程序也会产生一些不可预知的错误。

所以,如果你程序加了RTOS,并且多个任务共享一个全局变量时,最好也用volatile关键词修饰下。

3.变量读取单片机寄存器值时

USART1->DR是STM32单片机串口1的数据寄存器,当有串口数据发送和接收的时候,数据都会在这个寄存器里。

USART1->DR里面的数据可能会一直会变化的。

假设cpu执行到上图程序第9-13行时,USART1->DR发生改变,那a和b的值肯定也不相等。

所以,如果你有变量是读取寄存器的值,最好也用volatile关键词修饰下。


四.最后总结

简单来说,volatile就是告诉编译器编译时不要过渡优化,以便告诉cpu,当你执行到这个变量的时候,记得重新从内存里去读,以保证读出来的值是最新的。

一般以下使用场景需要用:

1.中断里会改变全局变量的值

2.多任务共享同一全局变量

3.变量读单片机寄存器值


文章来源于:电子工程世界    原文链接
本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。

相关文章

    使用如:     uchar xdata * data pstr     是指在内ram区分配一个指针变量('*'号后的data关键字的作用),而且......
    ARM C编程(2024-07-23)
    可以用volatile关键字禁止做这些优化。     使用volatile变量的场合:     √硬件寄存器通常要加volatile说明,因为每次对它的读写都可能有不同的意义;     √在中......
    单片机volatile关键字的作用;最近有些想伙伴问在单片机c语言编程时volatile这个关键词怎么理解?有什么作用Volatile是C语言的一个关键字,在stm8和stm32的固件库里也会经常看见这个关键字的......
    volatile signed long const vsc32; 对部分数据类型后面作了注释,其它类型类推。 ▲ 关于两个关键词说明 volatile& const (1)volatile :这个关键字......
    变变量的生存周期为整个程序运行的时间段内; 4、static成员函数:表示这个函数属于此类而不属于此类的任何对象,不能访问非静态变量和函数,该函数在该类中是唯一的。   14、const关键字的作用 1、修饰......
    分享7道最近常问的嵌入式面试题;1. 关键字static的作用是什么?为什么static变量只初始化一次?本文引用地址:· 修饰局部变量:使得变量变成静态变量,存储在静态区,存储......
    刚开始时,我并没注意__irq关键字,编写的中断服务程序(ISR)跟其它函数一样。直到自己编写的中断程序只能运行一下,然后整个程序就不动了,才注意到它的存在。 * 在C语言中,关键字”__irq”的作用......
    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......
    使用如:uchar xdata * data pstr是指在内ram区分配一个指针变量('*'号后的data关键字的作用),而且这个指针本身指向xdata区('*'前xdata关键字的作用......
    关键字,这样每次访问该变量时cpu会从实际内存中读取该值而不是使用寄存器中的值。尤其是spi_spsta1变量,它的最低位代表了spi发送接收是否ready,如果没有volatile,可能......

我们与500+贴片厂合作,完美满足客户的定制需求。为品牌提供定制化的推广方案、专属产品特色页,多渠道推广,SEM/SEO精准营销以及与公众号的联合推广...详细>>

利用葫芦芯平台的卓越技术服务和新产品推广能力,原厂代理能轻松打入消费物联网(IOT)、信息与通信(ICT)、汽车及新能源汽车、工业自动化及工业物联网、装备及功率电子...详细>>

充分利用其强大的电子元器件采购流量,创新性地为这些物料提供了一个全新的窗口。我们的高效数字营销技术,不仅可以助你轻松识别与连接到需求方,更能够极大地提高“闲置物料”的处理能力,通过葫芦芯平台...详细>>

我们的目标很明确:构建一个全方位的半导体产业生态系统。成为一家全球领先的半导体互联网生态公司。目前,我们已成功打造了智能汽车、智能家居、大健康医疗、机器人和材料等五大生态领域。更为重要的是...详细>>

我们深知加工与定制类服务商的价值和重要性,因此,我们倾力为您提供最顶尖的营销资源。在我们的平台上,您可以直接接触到100万的研发工程师和采购工程师,以及10万的活跃客户群体...详细>>

凭借我们强大的专业流量和尖端的互联网数字营销技术,我们承诺为原厂提供免费的产品资料推广服务。无论是最新的资讯、技术动态还是创新产品,都可以通过我们的平台迅速传达给目标客户...详细>>

我们不止于将线索转化为潜在客户。葫芦芯平台致力于形成业务闭环,从引流、宣传到最终销售,全程跟进,确保每一个potential lead都得到妥善处理,从而大幅提高转化率。不仅如此...详细>>