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        當主函數與中斷函數共享變量問題

        作者: 時間:2016-11-09 來源:網絡 收藏
        當時開發的一個產品,一項功能是在通電后播放40秒的語音.
        測試時發現,大約通電70-80次就有一次播放時間不夠40秒就提前停止。
        當時以為復位有問題,換了復位片,沒好。又先后換了CPU,語音芯片,還有電源,都沒有好轉。排除了硬件芯片原因導致的此現象.
        后來又從軟件中查找原因。反復查找軟件邏輯,也沒發現問題。后來偶然發現在主while里增加大量延時后,穩定性提高。
        幾乎不再出現問題。但是我還是覺得不對勁,用了兩天時間終于找到了原因。因為這是公司的程序,所以不能貼源碼。
        我把其他程序都略去,只把出錯的程序大概寫一下。大家看看能找到問題嗎?
        unsigned int ms_counter;
        void T0()
        {
        //定時器程序每100毫秒中斷一次,程序略
        if (ms_counter<1000) ms_counter++;
        }
        void main(void)
        {
        //初始化定時器程序每100毫秒中斷一次,程序略
        unsigned char tt;
        ms_counter=0;
        tt=0;//用tt控制只響一次
        while(1)
        {
        if (ms_counter<400)
        {
        if (tt==0)
        {
        tt=1;
        Sound_on();
        }
        }
        else
        {
        Sound_off();
        }
        //其他程序
        //。。。。。。
        }
        }


        高手們不要笑,菜鳥們坐好
        問題出在ms_counter不到400時,程序提前執行了Sound_off();
        原因分析:if (ms_counter<400)中的ms_counter是兩字節的整型,而且在中斷里有增一操作。
        這就有一種錯誤的可能
        if (ms_counter<400)//被編譯器翻譯成以下語句
        +0000007C:E9E0LDIR30,0x90Load immediate
        +0000007D:E0F1LDIR31,0x01Load immediate
        +0000007E:164ECPR4,R30Compare
        +0000007F:065FCPCR5,R31Compare with carry
        +00000080:F428BRCC+0x05Branch if carry cleared
        在ms_counter==255時R4是255R5是0

        CPR4,R30;這時R4是255
        注意!如果在這兩條語句中間產生了中斷ms_counter增一以后R4是0R5是1
        CPCR5,R31;這時R5是1

        簡單的說是由于在整型數增一進位的時候,又受到中斷的影響。
        本來正確值0x00ff或0x0100(ms_counter),
        實際錯誤值0x01ff(ms_counter)先判斷低位時低位是FF,中斷后判斷高位時高位是01
        ms_counter在255時被誤認為511(0x01ff)導致提示音提前關閉。


        主函數中斷函數共用變量時,可能發生:
        1.主函數對變量的讀-寫,可能造成中斷函數對變量的讀-寫無效。
        如:當主函數剛剛把變量讀入到內部寄存器時,還未再回寫到變量中時,發生中斷,中斷中改寫了變量。當中斷返回時,主函數將值再回寫到變量中。造成中斷函數對變量的改寫無效。
        2.多字節變量讀取錯誤。
        如:當變量的其中一個字節讀入到寄存器中時,發生中斷,中斷中改寫了變量值。當中斷返回時,變量的其他字節繼續被讀入到寄存器中,造成新舊字節組合錯誤。

        主函數與中斷函數共享變量問題類似兩個線程共享資源的問題,如何解決共享資源沖突是系統結構設計的關鍵
        解決方法
        1.volatile正確使用.
        2.注意臨界段(或原子操作).(寫變量時,關中斷,寫完后再開)



        操作系統中對這種問題有另一種解決辦法,即引入一個與ms_counter相同類型的臨時變量:
        unsigned int tmp_counter;

        在使用ms_counter做判斷前作如下操作:
        do {
        tmp_counter = ms_counter;
        while (tmp_counter != ms_counter);

        然后使用tmp_counter代替ms_counter進行判斷,這樣可以保證回避樓主所述問題。

        一般說來,volatile用在如下的幾個地方:
        1)、中斷服務程序中修改的供其它程序檢測的變量需要加volatile;


        2)、多任務環境下各任務間共享的標志應該加volatile;
        3)、存儲器映射的硬件寄存器通常也要加volatile說明,因為每次對它的讀寫都可能由不同意義;


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