单片机中volatile定义的作用详解

一个定义为volatile的变量是说这变量可能会被意想不到地改变，这样，编译器就不会去假设这个变量的值了。精确地说就是，优化器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值，而不是使用保存在寄存器里的备份。下面是volatile变量的几个例子： 
    1). 并行设备的硬件寄存器（如：状态寄存器） 
    2). 一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量(Non-automatic variables) 
    3). 多线程应用中被几个任务共享的变量 
    回答不出这个问题的人是不会被雇佣的。我认为这是区分C程序员和嵌入式系统程序员的最基本的问题。嵌入式系统程序员经常同硬件、中断、RTOS等等打交道，所用这些都要求volatile变量。不懂得volatile内容将会带来灾难。 
    假设被面试者正确地回答了这是问题（嗯，怀疑这否会是这样），我将稍微深究一下，看一下这家伙是不是直正懂得volatile完全的重要性。 
    1). 一个参数既可以是const还可以是volatile吗？解释为什么。 
    2). 一个指针可以是volatile 吗？解释为什么。 
    3). 下面的函数有什么错误： 
         int square(volatile int *ptr) 
         { 
              return *ptr * *ptr; 
         } 
    下面是答案： 
    1). 是的。一个例子是只读的状态寄存器。它是volatile因为它可能被意想不到地改变。它是const因为程序不应该试图去修改它。 
    2). 是的。尽管这并不很常见。一个例子是当一个中服务子程序修该一个指向一个buffer的指针时。 
    3). 这段代码的有个恶作剧。这段代码的目的是用来返指针*ptr指向值的平方，但是，由于*ptr指向一个volatile型参数，编译器将产生类似下面的代码： 
    int square(volatile int *ptr)  
    { 
         int a,b; 
         a = *ptr; 
         b = *ptr; 
         return a * b; 
     } 
    由于*ptr的值可能被意想不到地该变，因此a和b可能是不同的。结果，这段代码可能返不是你所期望的平方值！正确的代码如下： 
     long square(volatile int *ptr)  
     { 
            int a; 
            a = *ptr; 
            return a * a; 
     } 
volatile的本意是“易变的” 由于访问寄存器的速度要快过RAM，所以编译器一般都会作减少存取外部RAM的优化。比如： 

static int i=0; 

int main(void) 
{ 
... 
while (1) 
{ 
if (i) dosomething(); 
} 
} 

/* Interrupt service routine. */ 
void ISR_2(void) 
{ 
i=1; 
} 

程序的本意是希望ISR_2中断产生时，在main当中调用dosomething函数，但是，由于编译器判断在main函数里面没有修改过i，因此 可能只执行一次对从i到某寄存器的读操作，然后每次if判断都只使用这个寄存器里面的“i副本”，导致dosomething永远也不会被调用。如果将将变量加上volatile修饰，则编译器保证对此变量的读写操作都不会被优化（肯定执行）。此例中i也应该如此说明。 
一般说来，volatile用在如下的几个地方： 
1、中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量需要加volatile； 
2、多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile； 
3、存储器映射的硬件寄存器通常也要加volatile说明，因为每次对它的读写都可能由不同意义； 

另外，以上这几种情况经常还要同时考虑数据的完整性（相互关联的几个标志读了一半被打断了重写），在1中可以通过关中断来实 
现，2中可以禁止任务调度，3中则只能依靠硬件的良好设计了。 
volatile的本意是“易变的”  
由于访问寄存器的速度要快过RAM，所以编译器一般都会作减少存取外部RAM的优化。比如： 

static int i=0; 

int main(void) 
{ 
... 
while (1) 
{ 
if (i) dosomething(); 
} 
} 

/* Interrupt service routine. */ 
void ISR_2(void) 
{ 
i=1; 
} 

程序的本意是希望ISR_2中断产生时，在main当中调用dosomething函数，但是，由于编译器判断在main函数里面没有修改过i，因此 
可能只执行一次对从i到某寄存器的读操作，然后每次if判断都只使用这个寄存器里面的“i副本”，导致dosomething永远也不会被 
调用。如果将将变量加上volatile修饰，则编译器保证对此变量的读写操作都不会被优化（肯定执行）。此例中i也应该如此说明。 

一般说来，volatile用在如下的几个地方： 

1、中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量需要加volatile； 

2、多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile； 

3、存储器映射的硬件寄存器通常也要加volatile说明，因为每次对它的读写都可能由不同意义； 

另外，以上这几种情况经常还要同时考虑数据的完整性（相互关联的几个标志读了一半被打断了重写），在1中可以通过关中断来实 
现，2中可以禁止任务调度，3中则只能依靠硬件的良好设计了。 
关键在于两个地方：      
  
1. 编译器的优化  (请高手帮我看看下面的理解) 

在本次线程内, 当读取一个变量时，为提高存取速度，编译器优化时有时会先把变量读取到一个寄存器中；以后，再取变量值时，就直接从寄存器中取值； 

当变量值在本线程里改变时，会同时把变量的新值copy到该寄存器中，以便保持一致 

当变量在因别的线程等而改变了值，该寄存器的值不会相应改变，从而造成应用程序读取的值和实际的变量值不一致 

当该寄存器在因别的线程等而改变了值，原变量的值不会改变，从而造成应用程序读取的值和实际的变量值不一致  

举一个不太准确的例子：