不同优先级处理中共享资源的稀发错误

本文将探讨在优先级不同的处理过程中共享资源出现的稀发错误。

共享资源：静态变量、MCU功能寄存器等
处　　理：不同优先级的处理对共享资源进行写入操作

规格

此示例在每次执行FUNC()时将A递增1，并通过INT()将A置零。

现象

在下图所示的时点发生中断事件时，本应通过INT()将A清零，但实际并未清零。
这种现象通常在测试阶段无法发现，往往在量产投放市场后才会暴露出来。

发生机制

在以下处理时机执行处理时会发生。

1)将A的地址写入r3寄存器
2)将值x写入r4的A寄存器
3)中断事件发生，中断栈保存，INT()开始
4)将A的地址写入r3寄存器
5)向A写入0
6)中断用栈恢复
7)r4=x+1
8)在A中写入x+1

对策方法

对策方法1　更改中断优先级

此对策方法可通过如下方式更改中断优先级来规避。该方法常用于MCU功能寄存器等需要以不同优先级频繁访问的场景。

static unsigned char A = 0;

void FUNC(void)
{
    unsigned int mask;
    ......
    mask = get_set_ipr(level_max);  // Interrupt priority max Level
    A = A + 1;
    mask = get_set_ipr(mask);       // Interrupt priority original Level
    ......
}

// Interrupt
void INT(void)
{
     ......
     A = 0;
     ......
}

对策方法2　在不同处理时段禁止写入共享资源

此对策方法可通过避免在不同处理时点对共享资源进行写入来规避。

static unsigned char A = 0;
static unsigned char CLEAR_N1 = 0;
static unsigned char CLEAR_N2 = 0;

void FUNC(void)
{
    ......
    unsigned char CLEAR_N1_CPY = CLEAR_N1;
    if( CLEAR_N1_CPY == CLEAR_N2 )   // Check for occurrence of INT interrupt
    {
        A = A + 1;
    }
    else
    {
        A = 0;
    }
    CLEAR_N2 = CLEAR_N1_CPY;
    ......
}

void INT(void)
{
     ......
     CLEAR_N1 = CLEAR_N1 + 1;
     ......
}

根本原因

该故障的根本原因如下：

• 属于规格书未记载的隐性知识
• 重视规格与代码一致性的文化
• 越来越多的工程师不知道C语言中一条代码可能由多个指令代码执行