Question

微控制器通常需要读取寄存器以清除某些状态条件。在C中是否有可移植的方式来确保在不使用数据的情况下不优化读取？指向内存映射寄存器的指针是否足以声明为volatile？换句话说，以下内容是否始终适用于标准兼容编译器？

void func(void)
{
   volatile unsigned int *REGISTER = (volatile unsigned int *) 0x12345678;

   *REGISTER;
}

_{我知道处理这样的功能会遇到编译器相关的问题。所以，在这种情况下，我对便携式设备的定义有点松散。我只是说它会尽可能广泛地使用最流行的工具链。}

Answer 1

人们非常强烈地争论volatile的含义。我想大多数人都同意你展示的构造意图做你想做的事情，但是没有普遍认同C标准中的语言实际上保证它 C99。（情况可能在C2011有所改善;我还没有读过。）

非标准但受嵌入式编译器广泛支持的替代方案可能更有可能

void func(void)
{
  asm volatile ("" : : "r" (*(unsigned int *)0x12345678));
}

（'volatile'在这里应用于'asm'并且意味着'即使它没有输出操作数，也可能不会被删除。也没有必要将它放在指针上。）

此构造的主要缺点是您仍然无法保证编译器将生成单指令内存读取。使用C2011，使用_Atomic unsigned int 可能就足够了，但是如果没有该功能，如果需要保证，则必须自己编写一个真实的（非空）程序集插件。

编辑：今天早上发生了另一次皱纹。如果从内存位置读取具有更改该内存位置值的副作用，则需要

void func(void)
{
  unsigned int *ptr = (unsigned int *)0x12345678;
  asm volatile ("" : "=m" (*ptr) : "r" (*ptr));
}

防止来自该位置的其他读取的错误优化。（要100％明确，此更改不会更改为func本身生成的汇编语言，但可能会影响周围代码的优化，尤其是在内联func的情况下。）

Answer 2

是的，C标准保证访问volatile变量的代码不会被优化掉。

C11 5.1.2.3/2

“访问易失性对象，”......“都是副作用”

C11 5.1.2.3/4

“实际实现不需要评估表达式的一部分，如果它可以推导出它的那个不使用value并且不会产生任何副作用（包括通过调用函数或访问volatile对象而导致的任何副作用）。“

C11 5.1.2.3/6

“符合实施的最低要求是：

- 严格按照抽象机的规则评估对易失性对象的访问。“

Answer 3

IIRC，C标准在使用定义上有点松散，因此*REGISTER不一定被解释为执行读取。

但以下情况应该如下：

int x = *REGISTER;

也就是说，必须在某处使用内存引用的结果。但是，x不需要是易变的。

UPDATE ：为了避免使用_unused函数的警告，你可以使用no-op函数。应该优化静态和/或内联函数，而不会影响运行时间：

static /*inline*/ void no_op(int x)
{ }

no_op(*REGISTER);

更新2 ：我刚刚想出了一个更好的功能：

static unsigned int read(volatile unsigned int *addr)
{
    return *addr;
}

read(REGISTER);

现在，此功能既可用于读取也可用于读取和丢弃。 8 - ）

Answer 4

编译器通常不优化汇编内联（很难正确分析它们）。此外，它似乎是一个合适的解决方案：您希望更明确地控制寄存器，这对于汇编来说很自然。

由于您正在编程一个微控制器，我认为您的代码中已经有一些汇编，因此一些内联汇编不会成为问题。

Answer 5

也许GNU C特定扩展可能不太便于携带，但这是另一种选择。

#define read1(x)  \
({ \
  __typeof(x) * _addr = (volatile __typeof(x) *) &(x); \
  *_addr; \
})

这将转换为以下汇编程序行（使用gcc x86编译并使用-O2优化）： movl SOME_REGISTER(%rip), %eax?

我得到了相同的汇编程序：

inline read2(volatile uint32_t *addr) 
{ 
   return *addr; 
}`

...如另一个答案所示，但read1()将处理不同的寄存器大小。即使我不确定使用带有8位或16位寄存器的read2()是否会出现问题，但参数类型至少没有警告。