关于NIOS中断服务函数中的变量在main函数中没有变化的问题

关键词：SOPC NIOS 中断
  前段时间做NIOS的PIO中断时遇到一个问题，在中断处理函数中对一个全局变量进行赋值，然后在main函数中的whlie（1）循环中利用该全局变量进行条件判断，再执行其他指令。当main函数执行时遇到中断触发，进入中断服务函数中，对该全局变量进行赋值，接着退出中断，继续执行main函数中的while（1）的指令，但是该全局变量的值并未发生改变。

#include <stdio.h>
#include <altera_avalon_pio_regs.h>
#include <alt_types.h>
#include <unistd.h>
#include <system.h>
#include "sys/alt_irq.h"

alt_u8 led_en;


void key_isr()
{
	alt_u8 data;
	IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_IRQ_MASK(KEY_BASE, 0);   //关闭按键中断
	data = IORD_ALTERA_AVALON_PIO_EDGE_CAP(KEY_BASE) ;
	if(data == 0x3)
	{

	}
	else if(data & 0x1)
	{
		led_en = 1;

	}
	else if(data & 0x2)
	{
		led_en = 0;
		IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LED_BASE, 0);
	}
	IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_EDGE_CAP(KEY_BASE, 0x3);   //清零所有捕获位
	IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_IRQ_MASK(KEY_BASE, 0X3);   //打开按键中断
}


int main(void)
{ 

    alt_ic_isr_register(KEY_IRQ_INTERRUPT_CONTROLLER_ID,
                            KEY_IRQ,
							key_isr,
                            0,
                            0);



	IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DIRECTION(LED_BASE, 0xf); //设置方向为输出
	IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_EDGE_CAP(KEY_BASE, 0x3);  //清零所有捕获位
	IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_IRQ_MASK(KEY_BASE, 0X3);   //打开按键中断
    while(1)
    {
    	if(led_en == 1)
    	{
    		IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LED_BASE, 0xf);
    		usleep(1000000);
    		IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LED_BASE, 0);
    		usleep(1000000);
    	}
    }


  return 0;
}

  如上述代码中，led_en为该全局变量，while（1）中为led闪烁的代码，当程序进入中断时，中断服务函数key_isr会将led_en的值变为1，退出中断后，执行main函数中的循环。但在实际执行中，中断服务函数已将led_en赋值为1，但在main函数中led_en的值并未被读取到。因此在while循环中的if判断语句一直为false。
  经过分析后发现导致该问题发生的原因是在Eclipse中编译程序时，会对程序进行一定程度的优化。例如如下代码：XBYTE[2]=0x55; XBYTE[2]=0x56; XBYTE[2]=0x57; XBYTE[2]=0x58;。
  对外部硬件而言，上述四条语句分别表示不同的操作，会产生四种不同的动作，但是编译器却会对上述四条语句进行优化，认为只有XBYTE[2]=0x58（即忽略前三条语句，只产生一条机器代码）。在本次线程内，当读取一个变量时，为提高存取速度，编译器优化时有时会先把变量读取到一个寄存器中；以后再取变量值时，就直接从寄存器中取值；当变量值在本线程里改变时，会同时把变量的新值copy到该寄存器中，以便保持一致；当变量在因别的线程而改变了值，该寄存器的值不会相应改变，从而造成应用程序读取的值和实际的变量值不一致。

  因此针对该问题，解决方法有两种：一：关闭程序优化；二：不对该全局变量进行优化。
  方法二比较简单，只需要在定义变量时在前面加上volatile，例如：volatile int led_en；使用volatile定义后的变量，系统在使用时总是重新从它所在的内存读取数据，而不是寄存器中，这样就可以避免变量的读取值与实际值不一致。
  方法一需要在Eclipse中关闭代码优化选项，右键工程，选择properties，打开如下所示
在列出的选项中选中Nios Application Properties，将Optimization level 选择为off，点击apply，然后ok保存，接着再编译程序下载就不会出现上述问题。

总结
  一个函数用了一个外部的变量，但这个变量在此函数中没有改变，只是引用，这时候编译器会去做优化，把它的值暂放在内部寄存器中，用的时候读取的是寄存器的值，而不是去访问它的地址取值，这样的话，当这个变量在外部发生了变化的时候，比如中断，或者另外的进程等等。但在这个函数里面就不能起作用，因为被优化后使用的是寄存器的值，还是原来的值，导致错误发生。这种情况下，就要加上这个volatile定义，就不会被优化了。

最后

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