C語言中volatile關鍵字詳解
volatile關鍵字詳解，以及在嵌入式中的應用
volatile 關鍵字的作用是作為指令關鍵字，確保本條指令不會因為編譯器的優化而省略，且要求每次直接讀值。
關鍵字 volatile 是與 const 絕對對立的。
二、在嵌入式中使用volatile
變數如果加了 volatile 修飾，則會從記憶體重新裝載內容，而不是直接從暫存器拷貝內容。
volatile應用比較多的場合，在中斷服務程式和cpu相關暫存器的定義。
volatile 關鍵字是一種型別修飾符，用它宣告的型別變量表示可以被某些編譯器未知的因素更改。volatile 提醒編譯器它後面所定義的變數隨時都有可能改變，因此編譯後的程式每次需要儲存或讀取這個變數的時候，都會直接從變數地址中讀取資料。
//編譯led.c檔案 #define GPC1CON *((volatile unsigned int*)0xE0200080) #define GPC1DAT *((volatile unsigned int*)0xE0200084) #define GPC1PUD *((volatile unsigned int*)0xE0200088) //隱式宣告 void delay (unsigned int); void led_test (void) { //配置相應管腳為輸出功能 GPC1_3 GPC1CON &= ~(0x0f << 12); GPC1CON |= (1 << 12); //GPC1_4為輸出功能 GPC1CON |= (1 << 16); //禁止內部上拉下拉功能 GPC1PUD &= ~(0x03 << 6); GPC1PUD &= ~(0x03 << 8); while (1) { //燈亮 GPC1DAT |= (1 << 3); GPC1DAT |= (1 << 4); delay (0x100000); //燈滅 GPC1DAT &= ~(1 << 3); GPC1DAT &= ~(1 << 4); delay (0x100000); } } void delay (unsigned int n) { unsigned int i = 0; for (i = n; i != 0; i--); }
編譯：
arm-linux-gcc -c led.c -o led.o –nostdlib
不使用標準庫，生成led.o檔案
三、volatile 使用
1、並行裝置的硬體暫存器（如：狀態暫存器）
儲存器對映的硬體暫存器通常也要加 voliate，因為每次對它的讀寫都可能有不同意義。
例如：
假設要對一個裝置進行初始化，此裝置的某一個暫存器為0xff800000。
int *output = (unsigned int *)0xff800000;//定義一個IO埠； int init(void) { int i; for(i=0;i< 10;i++){ *output = i; } }
經過編譯器優化後，編譯器認為前面迴圈半天都是廢話，對最後的結果毫無影響，因為最終只是將output這個指標賦值為 9，所以編譯器最後給你編譯編譯的程式碼結果相當於：
int init(void)
{
*output = 9;
}
如果你對此外部裝置進行初始化的過程是必須是像上面程式碼一樣順序的對其賦值，顯然優化過程並不能達到目的。反之如果你不是對此埠反覆寫操作，而是反覆讀操作，其結果是一樣的，編譯器在優化後，也許你的程式碼對此地址的讀操作只做了一次。然而從程式碼角度看是沒有任何問題的。這時候就該使用volatile通知編譯器這個變數是一個不穩定的，在遇到此變數時候不要優化。
//編譯led.c檔案
#define GPC1CON *((volatile unsigned int*)0xE0200080)
#define GPC1DAT *((volatile unsigned int*)0xE0200084)
#define GPC1PUD *((volatile unsigned int*)0xE0200088)
//隱式宣告
void delay (unsigned int);
void led_test (void) {
//配置相應管腳為輸出功能 GPC1_3
GPC1CON &= ~(0x0f << 12);
GPC1CON |= (1 << 12);
//GPC1_4為輸出功能
GPC1CON |= (1 << 16);
//禁止內部上拉下拉功能
GPC1PUD &= ~(0x03 << 6);
GPC1PUD &= ~(0x03 << 8);
while (1) {
//燈亮
GPC1DAT |= (1 << 3);
GPC1DAT |= (1 << 4);
delay (0x100000);
//燈滅
GPC1DAT &= ~(1 << 3);
GPC1DAT &= ~(1 << 4);
delay (0x100000);
}
}
void delay (unsigned int n) {
unsigned int i = 0;
for (i = n; i != 0; i--);
}
編譯：
arm-linux-gcc -c led.c -o led.o –nostdlib
不使用標準庫，生成led.o檔案
#define GPC1CON *((volatile unsigned int*)0xE0200080) 怎麼理解？
這裡其實就是定義了一個指標變數。
GPC1CON 為暫存器名稱、0xE0200080 為暫存器地址、(volatile unsigned int*) 為強制型別轉換。
我們知道 volatile 和 const 一樣為型別修飾符，不改變變數型別。
暫存器地址為什麼要加 volatile 修飾呢？
是因為，這些暫存器裡面的值是隨時變化的。如果我們沒有將這個地址強制型別轉換成 volatile，那麼我們在使用GPC1CON 這個暫存器的時候， 會直接從 CPU 的暫存器中取值。因為之前GPC1CON 被訪問過，也就是之前就從記憶體中取出 GPC1CON 的值儲存到某個暫存器中。之所以直接從暫存器中取值，而不去記憶體中取值，是因為編譯器優化程式碼的結果（訪問 CPU暫存器比訪問 RAM 快的多）。用 volatile 關鍵字對 0xE0200080 進行強制轉換，使得每一次訪問 GPC1CON 時，執行部件都會從 0xE0200080 這個記憶體單元中取出值來賦值給 GPC1CON 。
2、一箇中斷服務子程式中會訪問到的非自動變數（Non-automatic variables)
由於訪問暫存器的速度要快過RAM，所以編譯器一般都會作減少存取外部RAM的優化，例如：
static int i=0; //i 為非自動變數
int main(void)
{
...
while (1){
if (i) dosomething();
}
｝
/* Interrupt service routine. */
void ISR_2(void)
{
i=1;
}
程式的本意是希望 ISR_2 中斷產生時，在main函式中呼叫 dosomething 函式，但是，由於編譯器判斷在 main 函式裡面沒有修改過 i，因此可能只執行一次對從i到某暫存器的讀操作，然後每次if判斷都只使用這個暫存器裡面的“i副本”，導致 dosomething 永遠也不會被呼叫。如果將變數加上 volatile 修飾，則編譯器保證對此變數的讀寫操作都不會被優化（肯定執行）。此例中i也應該如此說明。
3、多執行緒應用中被幾個任務共享的變數
當兩個執行緒都要用到某一個變數且該變數的值會被改變時，應該用 volatile 宣告，該關鍵字的作用是防止優化編譯器把變數從記憶體裝入CPU暫存器中。如果變數被裝入暫存器，那麼兩個執行緒有可能一個使用記憶體中的變數，一個使用暫存器中的變數，這會造成程式的錯誤執行。volatile的意思是讓編譯器每次操作該變數時一定要從記憶體中真正取出，而不是使用已經存在暫存器中的值，如下：
volatile BOOL bStop = FALSE; //bStop 為共享全域性變數
(1) 在一個執行緒中：
while( !bStop ) { ... }
bStop = FALSE;
return;
(2) 在另外一個執行緒中，要終止上面的執行緒迴圈：
bStop = TRUE;
while( bStop );
等待上面的執行緒終止，如果bStop不使用volatile申明，那麼這個迴圈將是一個死迴圈，因為bStop已經讀取到了暫存器中，暫存器中bStop的值永遠不會變成FALSE，加上volatile，程式在執行時，每次均從記憶體中讀出bStop的值，就不會死迴圈了。
總結：
volatile 關鍵字是一種型別修飾符，用它宣告的型別變量表示可以被某些編譯器未知的因素更改。volatile 提醒編譯器它後面所定義的變數隨時都有可能改變，因此編譯後的程式每次需要儲存或讀取這個變數的時候，都會直接從變數地址中讀取資料。如 果沒有 volatile 關鍵字，則編譯器可能優化讀取和儲存，可能暫時使用暫存器中的值，如果這個變數由別的程式更新了的話，將出現不一致的現象。所以遇到這個關鍵字宣告的變數，編譯器對訪問該變數的程式碼就不再進行優化，從而可以提供對特殊地址的穩定訪問。