當主函數與中斷函數共享變量問(wèn)題

當時(shí)開(kāi)發(fā)的一個(gè)產(chǎn)品，一項功能是在通電后播放40秒的語(yǔ)音.
測試時(shí)發(fā)現，大約通電70-80次就有一次播放時(shí)間不夠40秒就提前停止。
當時(shí)以為復位有問(wèn)題，換了復位片，沒(méi)好。又先后換了CPU，語(yǔ)音芯片，還有電源，都沒(méi)有好轉。排除了硬件芯片原因導致的此現象.
后來(lái)又從軟件中查找原因。反復查找軟件邏輯，也沒(méi)發(fā)現問(wèn)題。后來(lái)偶然發(fā)現在主while里增加大量延時(shí)后，穩定性提高。
幾乎不再出現問(wèn)題。但是我還是覺(jué)得不對勁,用了兩天時(shí)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(xiě)一下。大家看看能找到問(wèn)題嗎？
unsigned int ms_counter;
void T0()
{
//定時(shí)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(shí)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(niǎo)們坐好
問(wèn)題出在ms_counter不到400時(shí)，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(yǔ)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(shí)R4是255R5是0

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

簡(jiǎn)單的說(shuō)是由于在整型數增一進(jìn)位的時(shí)候，又受到中斷的影響。
本來(lái)正確值0x00ff或0x0100（ms_counter），
實(shí)際錯誤值0x01ff（ms_counter）先判斷低位時(shí)低位是FF，中斷后判斷高位時(shí)高位是01
ms_counter在255時(shí)被誤認為511（0x01ff）導致提示音提前關(guān)閉。


當主函數與中斷函數共用變量時(shí)，可能發(fā)生：
1.主函數對變量的讀-寫(xiě)，可能造成中斷函數對變量的讀-寫(xiě)無(wú)效。
如：當主函數剛剛把變量讀入到內部寄存器時(shí)，還未再回寫(xiě)到變量中時(shí)，發(fā)生中斷，中斷中改寫(xiě)了變量。當中斷返回時(shí)，主函數將值再回寫(xiě)到變量中。造成中斷函數對變量的改寫(xiě)無(wú)效。
2.多字節變量讀取錯誤。
如：當變量的其中一個(gè)字節讀入到寄存器中時(shí)，發(fā)生中斷，中斷中改寫(xiě)了變量值。當中斷返回時(shí)，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(wèn)題類(lèi)似兩個(gè)線(xiàn)程共享資源的問(wèn)題，如何解決共享資源沖突是系統結構設計的關(guān)鍵
解決方法
1.volatile正確使用.
2.注意臨界段(或原子操作).（寫(xiě)變量時(shí),關(guān)中斷,寫(xiě)完后再開(kāi)）



操作系統中對這種問(wèn)題有另一種解決辦法，即引入一個(gè)與ms_counter相同類(lèi)型的臨時(shí)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(jìn)行判斷，這樣可以保證回避樓主所述問(wèn)題。

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


2)、多任務(wù)環(huán)境下各任務(wù)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(shuō)明，因為每次對它的讀寫(xiě)都可能由不同意義；