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c - 裸机可移植库中的 C99“原子”加载

问题描述

我正在为裸机嵌入式应用程序开发一个便携式库。

假设我有一个定时器 ISR，它增加一个计数器，并且在主循环中，这个计数器读取来自肯定不是原子负载。

我试图确保负载的一致性（即我没有读取垃圾，因为负载被中断并且值发生了变化）而不诉诸于禁用中断。只要读取的值正确，读取计数器后值是否改变都没有关系。这行得通吗？

uint32_t read(volatile uint32_t *var){
    uint32_t value;
    do { value = *var; } while(value != *var);
    return value;
}

标签： catomicc99isr

解决方案

几乎不可能有任何形式的可移植解决方案，尤其是因为许多纯 C 平台实际上是纯 C 并使用一次性编译器，即没有像 gcc 或 clang 这样的主流和符合现代标准的编译器。因此，如果您真正针对的是根深蒂固的 C，那么它完全是特定于平台的而不是可移植的 - 以至于“C99”支持是一个失败的原因。对于可移植的 C 代码，您可以期待的最好的就是 ANSI C 支持 - 指的是 ANSI 发布的第一个非草案 C 标准。不幸的是，这仍然是主要供应商逃脱的共同点。我的意思是：Zilog 不知何故侥幸逃脱，即使他们现在只是 Littelfuse 的一个部门，以前是 Littelfuse 收购的 IXYS Semiconductor 的一个部门。

例如，这里有一些编译器，其中只有一种特定于平台的方法：

  • Zilog eZ8 使用“最新”的 Zilog C 编译器（任何 20 岁或以下的都可以）：8 位值读取-修改-写入是原子的。LDWX编译器生成字对齐字指令（如, INCW, ）的16 位操作DECW也是原子的。如果 read-modify-write 以其他方式适合 3 条或更少的指令，您将在操作前添加asm("\tATM");. 否则，您需要禁用中断：asm("\tPUSHF\n\tDI");，然后重新启用它们：asm("\tPOPF");。

  • Zilog ZNEO 是具有 32 位寄存器的 16 位平台，对寄存器的读-修改-写访问是原子的，但内存读-修改-写通常通过寄存器进行往返，并且需要 3 条指令 - 因此预先添加 RMW操作asm("\tATM")。

  • Zilog Z80 和 eZ80 需要将代码包装在asm("\tDI")and中asm("\tEI")，尽管这仅在知道代码运行时始终启用中断时才有效。如果它们可能没有被启用，那么就会出现问题，因为 Z80 不允许读取IFF1中断启用触发器的状态。因此，您需要在某处保存其状态的“影子”，并使用该值有条件地启用中断。不幸的是，eZ80 没有提供允许访问的中断控制器寄存器IEF1（eZ80 使用IEFn命名法而不是IFFn）——因此这种架构疏忽从古老的 Z80 延续到了“现代”。

这些不一定是最流行的平台，而且由于 Zilog 编译器的质量相当差（低到你真的不得不编写一个针对 eZ8 的编译器*），因此许多人不理会 Zilog 编译器。然而，这些奇怪的角落是纯​​ C 代码库的支柱，库代码别无选择，只能适应这一点，如果不是直接的，那么至少通过提供可以用特定于平台的魔法重新定义的宏。

例如，您可以提供默认为空的宏MYLIB_BEGIN_ATOMIC(vector)，MYLIB_END_ATOMIC(vector)用于包装需要针对给定中断向量（或例如-1，如果针对所有中断向量）进行原子访问的代码。自然地，替换MYLIB_为特定于您的库的“命名空间”前缀。

为了在“现代”Zilog 平台上启用特定于平台的优化，例如ATMvs DI，可以向宏提供一个额外的参数，以分离编译器易于生成的三指令序列与更长的序列的假定“短”序列。这种微优化通常需要汇编输出审计（很容易自动化）来验证指令序列长度的假设，但至少驱动决策的数据是可用的，用户可以选择使用它还是忽略它.

*如果某个迷失的灵魂想知道任何接近奥术的东西。eZ8 - 问一下。我对那个平台了解太多，细节如此血腥，即使是现代好莱坞 CG 和 SFX 也很难在屏幕上再现真实的深度体验。我也可能是唯一一个偶尔以 48MHz 时钟运行 20MHz eZ8 部件的人——这肯定是多元宇宙允许的恶魔附身的迹象。如果您认为这种堕落将其用于生产硬件是令人发指的 - 我支持您。唉，商业案例就是商业案例，该死的物理定律。

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