浅谈单片机中变量访问的互斥

╰半橙微兮° 2022-08-27 12:53 218阅读 0赞

本文以stm32为硬件平台，浅谈一下变量访问的互斥。

假设是裸板，主程序和中断服务程序都对某个变量进行修改，那么很可能造成数据的不一致。查了一下，主要有两种解决方法：第一种是关中断，在访问公共资源的时候，先把中断关掉，等访问完毕，再打开中断。这样就避免了中断程序和主程序的竞态。第二种是自己做一个互斥锁。

怎么做互斥锁呢？其实互斥是要依赖与硬件的，如果硬件没有相关的指令或者机制，那就不好办了。

在x86上，可以用汇编指令XCHG做一个互斥锁，但是stm32上就没有这个指令。在翻阅了《Cortex-M3权威指南》后，我有个发现。下面总结一下：

互斥访问分为加载和存储，对应的指令对是LDREX/STREX,LDREXH/STREXH,LDREXB/STREXB,分别对应字，半字，字节。

LDREX/STREX的语法格式为：

LDREX    Rxf,    \[Rn, \#offset\]    ; 把 (Rn+offset)地址处的内容加载到寄存器 Rxf里

STREX    Rd, Rxf, \[Rn, \#offset\] ;把Rxf的值存储到（Rn+offset）地址处，这个操作是可以被驳回的（也就是不被执行），如果驳回，Rd的值为1，如果操作成功，Rd的值为0.

在什么情况下会被驳回呢？在执行STREX的时候，仅当在这之前执行过LDREX指令，且在执行过LDREX指令之后没有其他的STR/STREX指令执行过的时候，才允许执行这个指令。也就是说只有在LDREX执行后的第一条STREX才能成功执行。

这个道理是易于理解的，在读，改，写的过程中，我们希望读的数据是最新的，也就是读过之后，这个数据不能被别人更新，只能被我更新。如果操作被驳回，说明别人已经修改过了，所以我读出的数据不是最新的，已经“脏了”。

关于例子文中有，这里就不赘述了。

用这对指令，就可以做一个互斥锁。怎么做呢？还是以《Cortex-M3权威指南》中的一个例子来说明。

记DeviceALocked是一个位于内存中的R/W变量,用于指示设备A是否已经在使用中。任何一个任务,若欲使用设备A,都必须先检查这个变量的值。如果它的值为零,则表示设备可以使用。在任务获取到设备A后,它要把DeviceALocked的值改为1,表示设备A已经被占用。在设备A使用完毕后,该任务通过重新清零DeviceALocked来释放设备A,从而使其它任务可以使用此设备。

TryToLockDeviceA  
LDR   R1, =DeviceALocked

LDREX R2, \[R1\]

CMP   R2, \#0          ;检查是否已被锁住   
  
BNE LockDeviceAFailed

DeviceAIsNotLocked  
MOV   R0, \#1           ;准备锁住设备A  
STREX R2, R0, \[R1\]     ;互斥写

CMP   R2, \#0  
BNE LockDeviceAFailed  ;STREX失败,设备A可能已被锁; 准备返回成功值

LockDeviceASucceed  
MOV   R0, \#0

POP   \{R1, R2, PC\}     ;子程序返回

LockDeviceAFailed  
MOV   R0, \#1

POP   \{R1, R2, PC\}     ;子程序返回