Можно ли делиться изменчивой переменной между основной программой и ISR в C?

Question

Можно ли разделить выровненную целочисленную переменную, не превышающую естественное слово процессора, с изменчивым квалификатором, между основной программой и ISR в C? Гарантировано ли, что никакие рваные чтения или записи не могут произойти?

Answer 1

Ключевое слово volatile не означает атомарность - это просто гарантирует, что переменная явно прочитана и не предполагается, что она не изменилась.Для безопасного совместного доступа без какого-либо другого механизма защиты переменная должна быть как атомарной, так и объявленной volatile.

Компилятор может документировать типы, которые являются атомарными для любой конкретной цели, и для этой цели может определять sig_atomic_t.

В целом, возможно, разумно предположить, что ваш компилятор не будет делать ничего извращенного и разбивать выровненное слово, в котором набор инструкций допускает атомное чтение. Следует соблюдать осторожность при переносе кода между платформами - такой код низкого уровня следует рассматривать как целевую и не переносную.

Answer 2

Проверьте свой компилятор. ISR нестандартны. Кроме того, у C нет реального понятия «естественное слово процессора», кроме, возможно, int.

Answer 3

Что касается ключевого слова volatile, он просто защищает от возможных неправильных оптимизаций компилятором. Это не помогает в обеспечении безопасности потоков.

Независимо от того, является ли потокобезопасным использование общей переменной заданного размера, до компилятора. Нет никаких гарантий того, что доступ является атомарным. Например, компилятор может загрузить переменную в регистр перед дальнейшей обработкой, а затем записать ее обратно в память. В основном это зависит от набора инструкций процессора. Если вы хотите быть уверенным, вам нужно будет проверить дизассемблированный код или написать код на ассемблере.

В противном случае вы можете сделать «мьютекс бедных» с помощью bool. Это работает только для конкретного случая ISR микроконтроллеров, которые не могут быть прерваны другими прерываниями. Поскольку вы знаете, что ISR не может быть прервана, вы можете сделать это:

static volatile bool busy; 
static volatile uint16_t shared; 

void isr (void) 
{ 
    if(!busy) 
    { 
    shared = something; 
    } 
} 


void main (void) 
{ 
    ... 

    busy = true; 
    do_something(shared); 
    busy = false; 

    ... 
} 

При таком подходе, это не имеет значения, если busy или shared атомарные или нет. Независимо от того, где триггеры прерывания, shared не будет уничтожен средним доступом.

Answer 4

Ответ «иногда». Если либо ISR, либо основной процесс изменяет переменную, тогда вы в порядке. Однако, если оба манипулируют переменной, что-то вроде

main 
Var = Var + 10 

ISR 
Var = Var + 10 

Тогда кто знает? Вы думаете, что конечный результат будет вар + 20, но если в сборке последовательность является

Main - Get Var 
ISR -   Get Var 
       Add 10 
       Store Var 
       Return 
     Add 10 
     Store Var 

Тогда конечный результат будет 10, а не 20

Как предыдущий плакат сказал, что нужно будет у вас есть код защиты, чтобы предотвратить это.

Answer 5

Нет гарантии, что любая общая целая переменная будет записана и прочитана атомарно. Если вам нужна такая гарантия, вы должны использовать тип sig_atomic_t. Это единственный тип с такой гарантией.

От С99 стандарт 7.14:

2 типа, который определен в

sig_atomic_t

, который является (возможно, летучим квалифицированным) целочисленным типом объекта, который может быть доступен как атома, даже при наличии асинхронных прерываний.