半熟前端

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AVR

avr-libc 當中的ATOMIC_BLOCK

avr-libc 當中有個 <util/atomic.h>,第一個反應是明明 avr 都是單核才對,為什麼還需要 atomic,所以下意識看了一下說明

The macros in this header file deal with code blocks that are guaranteed to be excuted Atomically or Non-Atmomically. The term "Atomic" in this context refers to the unability of the respective code to be interrupted.

就算是在微控制器,也是有各種 interrupt 可以使用,因此程式碼的執行可能中途被打斷,透過 atomic 可以保證包在裡面的程式碼片段不會被 interrupt 影響(暫時中止 interrupt)。

c
ATOMIC_BLOCK(ATOMIC_FORCEON) {
// do something critical
}

體感上來看很像 cli()sei() 的組合,但根據文件上的說明似乎還有做更多事情。內部的實作是這樣子:

c
#define ATOMIC_BLOCK(type) for ( type, __ToDo = __iCliRetVal(); \
__ToDo ; __ToDo = 0 )

可以接收 type 當作參數,可以傳入的參數有 ATOMIC_RESTORESTATEATOMIC_FORCEON

c
#define ATOMIC_RESTORESTATE uint8_t sreg_save \
__attribute__((__cleanup__(__iRestore))) = SREG

看起來很像 sei 的效果,不過比較有趣的是 __attribute__ 的使用。在 GCC 當中,你可以使用 __attribute__ 來決定變數或函數應該要如何保存,這個行為是定義在 libc 的實作裡,例如在 AVR 當中可以這樣寫:

c
#include <avr/pgmspace.h>
const int my_var[2] PROGMEM = { 1, 2 };

這邊的 PROGMEM 實際上就是一個 __attribute__

c
#ifndef __ATTR_PROGMEM__
#define __ATTR_PROGMEM__ __attribute__((__progmem__))
#endif

一般來說變數會存在記憶體裡頭,然而在微控制器當中記憶體往往少得可憐。不過跟一般電腦不太一樣的是,通常微控制器的程式碼是預先寫好編譯後直接燒入 program memory(flash memory),如果程式碼不多的話, flash memory 反而會剩下比較多空間,這時候就可以透過 PROGMEM 讓變數存在 flash memory 裡頭,進而減少記憶體的使用量。在讀取時可以用 pgm_read_word 來讀取變數。

回到 ATMOIC_BLOCK,我們把它全部展開後程式碼會像這樣子:

c
for (uint8_t sreg_save __attribute__((__cleanup__(__iRestore))) = 0; __ToDo = __iCliRetVal(); __ToDo ; __ToDo = 0) {
// do something critical
}

來確保程式碼的執行必定不會受到 interrupt 影響。用 for loop 這招感覺挺神奇的,完全沒有想過可以這樣應用。

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