【小梅哥FPGA】在单片机编程时如何避免变量因中断而被改变

引言

       在嵌入式开发中，你是否遇到过这样的场景：某个全局变量的值突然不一样了‌，明明中断服务程序已经修改了它，但主程序始终读取到旧值。更令人头疼的是，这些问题往往难以复现，调试时仿佛在“抓鬼”。究其根源，编译器优化，是这类问题的罪魁祸首。编译器为了提高效率，默认会对变量访问进行优化（如缓存到寄存器、省略“冗余”读取等），但这在中断、硬件寄存器操作中，反而会导致程序行为异常。而volatile关键字，正是解决这类问题的关键“钥匙”。本文将深入剖析volatile的原理、适用范围，及帮助你在嵌入式开发中，写出更安全、可靠的代码。

volatile关键字的原理

  volatile的意思是“易变的”，它是一个特征修饰符，表示这个变量可能会被意想不到地改变。也就是volatile告诉编译器，定义的变量任意时刻都有可能发生意想不到的变化，因此不要对这个变量的存取进行优化，每次存取这个变量时，都要直接访问变量的原始地址，而不是通过寄存器。如果没有volatile关键字，则编译器可能优化存取，可能暂时使用寄存器中的值，如果这个变量因为别的程序发生了更新的话，则将会出现不一致的情况。

中断导致变量发生变化的原因

       当一个变量在中断服务程序中被修改，而在程序的其它位置需要被使用时，会将实际参数的值复制一份传递给函数的形式参数。在函数内部对形式参数的修改不会影响到实际参数的值，因为函数内部操作的是实际参数的副本，而非实际参数本身，即值传递。而加上volatile修饰后，在函数调用时，将实际参数的地址传递给函数的形式参数。函数内部通过该地址可以直接访问和修改实际参数的值，因为函数操作的是实际参数本身，而不是其副本，即地址传递。

解决办法

       在定义的变量前面加上volatile关键字修饰，这样就可以避免因中断等因素导致变量的值出现不可预期的改变。

volatile关键字适用范围

   1. 硬件寄存器访问：在嵌入式系统中，与硬件设备的寄存器进行交互时，由于硬件可能会随时修改寄存器的值，如定时器、串口、ADC 等设备的寄存器，使用volatile能保证每次访问的都是寄存器的最新值，而不是编译器可能缓存的旧值。

   2. 多线程编程：在多线程环境下，当多个线程共享一个变量时，一个线程对变量的修改需要及时被其他线程看到。volatile可以确保变量的内存可见性，即每个线程都能读取到变量的最新值，避免因编译器优化导致的线程间数据不一致问题。

   3. 中断服务程序：中断服务程序可能会修改一些全局变量，而主程序需要读取这些被修改的变量。volatile能保证主程序读取到的是中断服务程序修改后的最新值，使得主程序能够及时响应中断引发的变量变化。

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