8位单片机（51 STC8）C语言处理32位unsigned long型数据之计算出错

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一、问题描述

入门51没多久后就主攻32了，最近又玩一玩51，移植一个软定时器代码到STC8上，结果出现了奇怪的问题，而这种问题在各种32位单片机上都是不曾有的。

有如下代码，实现了软定时器。使用内部IRC，22.1184MHz

定义了一个32位变量，在定时器0的1ms中断里面自增，作为系统时基

static __IO uint32_t xdata SystemTimer = 0;

void timer0_int (void) interrupt TIMER0_VECTOR
{
    SystemTimer++;	//时基自增
}

复位定时器
void UserTimer_Reset(uint32_t xdata *Timer)
{
	*Timer = SystemTimer;
}

计算出用户定时器与时基之间的时差
uint32_t UserTimer_Read(uint32_t xdata *Timer)
{
	return (SystemTimer - *Timer);
}

然后在主循环里面定义一个变量与时基进行比较，大于等于1000ms则通过串口发送计数值

int main(void)
{
    static __IO uint32_t xdata timer_test = 0;
    static __IO uint8_t xdata run_step = 0;

    __IO uint32_t xdata val;
    
    while (1)
	{
	    if ((val = UserTimer_Read(&timer_test)) >= TIMEOUT_1S)	//1000ms定时已到
	    {
	    	uart_send_bytes(UART2, (uint8_t *)(&timer_test), 4);	串口打印定时器的值
	        UserTimer_Reset(&timer_test);	复位定时器
	        uart_send_bytes(UART2, (uint8_t *)(&SystemTimer), 4);	串口打印时基的值
	        uart_send_bytes(UART2, (uint8_t *)(&val), 4);  			串口打印定时器与时基之间的差值
	    }
	}
}

得到如下结果，相减的结果和打印的结果不一致（正确的是0x000003E8即1000）

[ ] 内的为打印的具体时间，正常时应该为两两之间间隔一秒的。每秒打印12字节，包含3个变量，每个变量4字节，从左到右分别是软定时器timer_test的值、时基SystemTimer的值、差值(SystemTimer减timer_test)。正常情况下，差值恒定为0x000003E8即1000ms。

变量指定到xdata区时，时不时会出现差值非常大但是实际只过了几百ms的情况

变量指定到data区时，时不时会出现差值大于1000ms但是实际只过了几百ms的情况

二、问题猜想

1、以上图一为例，当指定到xdata区时，timer_test、SystemTimer和val三者的关系为val = SystemTimer - 0x100 - timer_test，即0x800-0x100-0x7D0 = 0xFFFFFF30。
而差值很大的时候均发生在SystemTimer 的低8位变为0x00的时候。
猜测是中断中自增时，自增前为0x7FF，自增后低8位溢出变为0x00，而在退出中断后并运行到UserTimer_Read()函数进行减法时，次低8位还未获得进位，于是减法算式拿到的值是0x700，于是就发生了SystemTimer(0x700) - *Timer(0x7D0) = 0xFFFFFF30的惨案。

2、以上图二为例，当指定到data区时timer_test、SystemTimer和val三者的关系为SystemTimer = val + timer_test - 0xFF，即0x437+0x7C3C8-0xFF=0x7C700。
同样是均发生在SystemTimer 的低8位变为0x00的时候。
猜测是中断中自增时，自增前0x07C6FF，自增后低8位溢出，应该变为0x00但内存中还是0xFF，而次低8位已经获得进位变为了0xC7。于是退出中断后，减法算式拿到的值是0x07C7FF，于是有SystemTimer(0x07C7FF) - *Timer(0x07C3C8) = 0x0437。

后续补充：

看了一些关于8位单片机对于32位数据处理的文章，8位机不像32能一次处理32位数据，即一次只能处理8位。结合这个现象想了想，有可能是这样的：

问题1的猜想：变量指定到xdata区时，在执行0x7FF-0x7D0的时候，已经执行了次低8位bit[15:8]的相减什么的，正要处理低8位bit[7:0]，来中断了，中断中0x7FF变成了0x800，中断退出之后恢复，处理低8位时变成了0x00-0xD0=0xFFFFFF30，即最终的数值相减不是0x7FF-0x7D0而是0x700-0x7D0。

预想	实际
0x07FF - 0x07D0 = 0x2F	0x07FF 0x0700 - 0x07D0 = 0xFFFFFF30
32位内核一次性处理	8位内核将0x07FF-0x07D0拆分处理，先处理07-07，后处理FF-D0。但在处理这2字节的间隙，发生中断，FF变为00

问题2的猜想：data区的处理顺序貌似是反过来的，在执行0x7C6FF-0x7C3C8的时候，已经执行了低8位bit[7:0]（0xFF-0xC8），正准备处理次低8位bit[15:8]，来中断了，0x7C6FF变成了0x7C700，退出中断后继续处理bit[15:8]时变成了0xC7-0xC3,。即最终的数值相减不是0x7C6FF-0x7C3C8而是0x7C7FF-0x7C3C8=0x437。

预想	实际
0x7C6FF-0x7C3C8 = 0x337	0x7C6FF 0x7C7FF-0x7C3C8 = 0x437
32位内核一次性处理	8位内核将0x7C6FF-0x7C3C8拆分处理，先处理0xFF-0xC8，后处理C6-C3。但在这两者间隙，发生中断，C6变为C7

应该是这个原因吧，要验证猜想需要看看汇编代码，原有的猜想以及下方的文字就不删了。

在STM8上也使用过这种定时方式，却没有发现类似的问题 。。。

经验教训：8位机上尽量避免一个超8位的全局变量在中断中使用

三、试图解决

这或许跟8位单片机一个指令只能处理32位数据其中的8位有关，因对汇编不熟悉，不了解编译器具体实现，只能瞎改一下。

1、修改自增语句，令其执行周期变长，即先加上1再覆盖SystemTimer 。 实测没用，可能被编译器优化掉了

void timer0_int (void) interrupt TIMER0_VECTOR
{
    SystemTimer = SystemTimer + 1;
}
或者
void timer0_int (void) interrupt TIMER0_VECTOR
{
	__IO uint32_t t = SystemTimer + 1;
    SystemTimer = t;
}

2、再定义一个变量，进行如下操作。错误变少了，但还是有。有用但不多

static __IO uint32_t xdata SystemTimer_1 = 0;

void timer0_int (void) interrupt TIMER0_VECTOR
{
	SystemTimer = SystemTimer_1;
    SystemTimer_1++;
}

3、在2的基础上，将进中断的时间由1ms改为10ms，也不行

static __IO uint32_t xdata SystemTimer_1 = 0;

void timer0_int (void) interrupt TIMER0_VECTOR
{
	SystemTimer = SystemTimer_1;
    SystemTimer_1 += 10;
}

为什么在中断中自加，不是更新了RAM才出来的？确切原因有时间再深究，或者哪位大佬能给小弟指点一下。
这51单片机给我整出心理阴影了，还是避免我这个用法吧 。