c++ - 嵌入式 C++11 代码——我需要 volatile 吗？

Question

带有 Cortex M3 MCU(STM32F1) 的嵌入式设备。它有嵌入式闪存(64K)。MCU 固件可以在运行时重新编程闪存扇区；这是由闪存 Controller (FMC) 寄存器完成的(因此它不像 a=b 那样容易)。 FMC 获取缓冲区指针并将数据烧录到某个闪存扇区。

我想将最后一个闪存扇区用于设备配置参数。参数存储在带有数组的打包结构中，并包含一些自定义类。

参数可以在运行时更改(复制到 RAM，更改并使用 FMC 烧回闪存)。

所以有一些问题:

1. 参数结构的状态(按位)由 FMC 硬件更改。C++ 编译器不知道它是否被更改。这是否意味着我应该将所有结构成员声明为 volatile？我想是的。

2. Struct 应该在编译时静态初始化(默认参数)。结构应该是 POD(可平凡复制并具有标准布局)。记住，那里有一些自定义类，所以我记住这些类也应该是 POD。但是有一些问题: cppreference.com

   The only trivially copyable types are scalar types, trivially copyable classes, and arrays of such types/classes (possibly const-qualified, but not volatile-qualified).

这意味着我不能让我的类同时保持 POD 和 volatile？那么我该如何解决这个问题呢？

可以在参数结构中仅使用标量类型，但这可能会导致围绕配置处理的代码干净得多...

附言它甚至在没有 volatile 的情况下也能工作，但我担心有一天，一些聪明的 LTO 编译器会看到静态初始化，而不是改变(通过 C++)结构并优化对底层内存地址的一些访问。这意味着将不会应用新的编程参数，因为它们已被编译器内联。

编辑: 不使用 volatile 也可以解决问题。而且它似乎更正确。

您需要在单独的翻译单元(.cpp 文件)中定义配置结构变量，并且不要初始化变量以避免在 LTO 期间替换值。如果不使用 LTO - 一切正常，因为优化是一次在一个翻译单元中完成的，因此不应优化在专用翻译单元中定义的具有静态存储持续时间和外部链接的变量。只有 LTO 可以在不发出内存提取的情况下将其丢弃或进行值替换。特别是在将变量定义为常量时。如果不使用 LTO，我认为初始化变量是可以的。

Answer 1

根据您的编译器，您有一些选择:

• 您可以声明一个指向该结构的指针并初始化该指针到该地区。
• 告诉编译器变量应该存放在哪里

指向闪存的指针

声明结构体的指针。
将指针分配给 Flash 中的正确地址。
通过取消引用指针来访问变量。
该指针应作为指向常量数据的常量指针进行声明和分配。

告诉编译器变量地址。

一些编译器允许您将变量放在特定的内存区域中。第一步是在链接器命令文件中创建一个区域。下一步是告诉编译器变量在该区域中。

同样，该变量应声明为“static const”。 “静态”因为只有 1 个实例。 “常量”是因为闪存在大多数时间是只读的。

闪存: volatile 与常量

在大多数情况下，无论编程如何，闪存都是只读的。事实上，读取 Flash 中数据的唯一方法是锁定它，也就是将其设为只读。一般情况下，未经程序同意，不会更改。

大多数闪存都是由软件编程的。通常，这是您的程序。如果您的程序要对 Flash 重新编程，它知道这些值已被更改。这类似于写入 RAM。 程序 更改了值，而不是硬件。因此闪存不易失。

我的经验是可以通过另一种方式对 Flash 进行编程，通常是在您的程序未运行时。在那种情况下，它仍然不是 volatile 的，因为你的程序没有运行。 Flash 仍然是只读的。

当且仅当另一个任务或执行线程在您的执行线程处于事件状态时对闪存进行编程时，Flash 才会不稳定。我仍然不会将这种情况视为易变。这将是同步性的一个例子——如果 flash 被修改，那么应该通知一些听众。

总结

闪存最好被当作只读存储器。驻留在 Flash 中的变量通过指针访问以获得最佳可移植性，尽管一些编译器和链接器允许您在特定的硬编码地址声明变量。变量应声明为 const static 以便编译器可以发出代码来直接访问变量，而不是在堆栈上进行复制。如果 Flash 由另一个任务或执行线程编程，这是一个同步性问题，而不是一个volatile。在极少数情况下，闪存会在您的程序执行时由外部源编程。

您的程序应提供校验和或其他方法来确定自上次检查以来内容是否已更改。

不要让编译器从闪存初始化变量。
这不是真正的便携。更好的方法是让您的初始化代码从闪存加载变量。让编译器从不同的段加载变量需要对编译器和链接器的内部进行大量工作；不仅仅是初始化一个指向 Flash 中地址的指针。