【方輝專欄】ARM嵌入式編譯器（四） volatile 關鍵字對Arm Compiler 6編譯優化的影響
2022-08-10
摘要： 本文主要對Arm Compiler 6編譯器的volatile 關鍵字對優化的影響進行介紹。關鍵字：Arm Compiler 6、編譯器、volatile 、優化1. volatile關鍵字的意義當一個變量使用volatile關鍵字進行聲明時，意味著這個變量是可能隨時被外部進行修改的。（例如操作系統、硬件）使用此聲明可以避免在編譯器優化時，假設沒有被修改或被使用就進行優化處理。2. volatile關鍵字的使用volatile用于可能從定義變量的范圍之外修改的變量。例如，如果程序在某些計算中使用全局變量，編譯器會生成代碼以將變量的值加載到寄存器中以執行該計算。如果隨后在另一個計算使用相同的全局變量，編譯器可能會直接使用寄存器的值，而不是從內存重新加載到寄存器。這樣操作時因為編譯器優化時認為此變量不會被外部修改，但實際上對于內存映射的外設是不正確的。因為此變量可能會被修改，直接使用上次寄存器值就會導致計算錯誤。讓我們看個實際的例子：不使用volatile聲明變量使用volatile聲明變量int buffer_full;int read_stream(void){ int count = 0; while (!buffer_full) { count++; } return count;}volatile int buffer_full;int read_stream(void){ int count = 0; while (!buffer_full) { count++; } return count;}這兩個例程都在循環中遞增一個計數器，直到狀態標志buffer_full為真。buffer_full的狀態是隨程序流異步改變。左邊的例子沒有將變量聲明buffer_full為volatile,而右邊的進行了聲明。下面顯示了兩個程序在編譯之后再進行反匯編之后的代碼。使用的編譯命令均為：armclang --target=arm-arm-none-eabi -march=armv8-a -Os -S 反匯編結果如下表所示：不使用volatile聲明變量使用volatile聲明變量read_stream: movw r0, :lower16:buffer_full movt r0, :upper16:buffer_full ldr r1, [r0] mvn r0, #0.LBB0_1: add r0, r0, #1 cmp r1, #0 beq .LBB0_1 ;infinite loop bx lrread_stream: movw r1, :lower16:buffer_full mvn r0, #0 movt r1, :upper16:buffer_full.LBB1_1: ldr r2, [r1] ; buffer_full add r0, r0, #1 cmp r2, #0 beq .LBB1_1 bx lr在不使用volatile聲明的例子中，buffer_full沒有聲明為外部會改變的變量，因此編譯器假定它的值不能在程序之外被修改，因此優化時省略了重新加載過程，就變成了一個無限循環。在使用volatile聲明的例子中，編譯器假定buffer_full可以在程序外部更改不執行優化。因此buffer_full的值每次重新加載到r2寄存器中。此時生成的匯編代碼是正確的。3. volatile關鍵字對編譯器優化的影響當變量可能隨時被外部進行修改時，如果編譯器假定其值不能從定義它的范圍之外修改。因此，編譯器可能會執行不必要的優化。這個問題可能有以下兩種表現方式：1）輪詢時，代碼可能會陷入死循環。2）可能會導致刪除故意延時的代碼。來源：《Arm? Compiler for Embedded User Guide Version 6.18》+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++關于億道電子億道電子技術有限公司（英文名稱：Emdoor Electronics Technology Co.,Ltd）是國內資深的研發工具軟件提供商，公司成立于 2002 年，面向中國廣大的制造業客戶提供研發、設計、管理過程中使用的各種軟件開發工具，致力于幫助客戶提高研發管理效率、縮短產品設計周期，提升產品可靠性。20 年來，先后與 Altium、ARM、Ansys、QT、Adobe、Visu-IT、Minitab、Testplant、EPLAN、HighTec、GreenHills、PLS、Ashling、MSC Software 、Autodesk、Source Insight、TeamEDA、MicroFocus等多家全球知名公司建立戰略合作伙伴關系，并作為他們在中國區的主要分銷合作伙伴服務了數千家中國本土客戶，為客戶提供從芯片級開發工具、EDA 設計工具、軟件編譯以及測試工具、結構設計工具、仿真工具、電氣設計工具、以及嵌入式 GUI 工具等等。億道電子憑借多年的經驗積累，真正的幫助客戶實現了讓研發更簡單、更可靠、更高效的目標。歡迎關注“億道電子”公眾號了解更多研發工具軟件知識
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