割り込みとvolatile修飾子について

質問内容

割り込みを使う際には変数に"volatile"を付けるとネットに記載されていましたが、どこまでが"volatile"を付けるべきかわかりません。
下記ソースコードには6種類の変数が使われて、そのどれに"volatile"を付ければよいのでしょうか？
serialEvent()はシリアル受信があった際に割り込まれる関数で、printFx()は割り込みピン(3)にLOW信号を受信した際に割り込まれる関数です。

①int recv
②static uint32_t before
③uint32_t current
④uint32_t a
⑤uint32_t b
⑥uint32_t gettime

ソースコード

Arduino
1#define INT_PIN     3
2
3void setup()
4{
5    Serial.begin(9600);
6    pinMode(INT_PIN, INPUT_PULLUP);
7    attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(INT_PIN), printFx, FALLING);
8}
9
10void loop()
11{
12    //何もしない
13}
14
15void serialEvent()
16{
17    int recv = 0;
18
19    //シリアル受信判定
20    if(Serial.available() > 0)
21    {
22        while(1)
23        {
24            recv = Serial.read();   //1byteずつ吐き出し
25            if(recv != -1)
26            {
27                if(recv == '1')
28                {
29                    printFx();
30                }
31            }
32            else
33            {
34                //シリアルデータなし
35                break;
36            }
37        }
38    }
39}
40
41void printFx()
42{
43    static uint32_t before = 0;
44    uint32_t current = millis();    //ミリ秒時間取得
45
46    //2000ミリ秒経過判定
47    if(getTime(current, before) >= 2000)
48    {
49        Serial.println("Print!");
50        before = current;
51    }
52}
53
54uint32_t getTime(uint32_t a, uint32_t b)
55{
56    uint32_t gettime = 0;
57
58    if(a >= b)
59    {
60        gettime = a - b;
61    }
62    else
63    {
64        //オーバーフロー時
65        gettime = a + (0xFFFFFFFF - b);
66    }
67
68    return gettime;
69}
70

ozwk

2020/06/24 04:46

> 割り込みを使う際には変数に"volatile"を付けるとネットに記載されていましたが引用元のURLください

YufanLou

2020/06/24 05:08

変数に`volatile`をつけるのは変数を複数の関数で使う場合、変数の数値を共有するためです。このコードに変数を共有してる関数がないと見れますが、したいことをもっと詳しく説明してください。ちなみに、Arduinoのメモリーが8-bitのため、`byte`より大きい変数（例えば`int`）に`volatile`をつけたら、乱数を読んでしまう可能性があります。

Alyn

2020/06/24 05:09

http://www.musashinodenpa.com/arduino/ref/index.php?f=0&pos=3069 ・割り当てた関数のなかで値が変化する変数にはvolatileをつけて宣言すべきです

Alyn

2020/06/24 05:15

したいとはこのソースコードに問題があるかないかを知りたいことです。volatileを付けなくても動いていたので、volatileは必要なのか必要でないのか、volatileを付けないとどうなるのか、そもそもvolatileがわかりません。volatileが必要なソースコードはどういうソースコードか、このソースコードになぜvolatileが必要か、もしくは必要ないのかです。

行動規範の内容に同意します

回答3件

volatileはプログラムコードの管理外で値が変わってしまうことを明記するキーワードです。

このキーワードがない変数はメモリアクセスをせずにレジスタキャッシュアクセスや文脈等で最適化をする場合があります。

volatileをつけるべき変数は、
１．ハードウェア的に値が変わってしまうもの（タイマーやIOポート等のレジスタ）
２．メイン処理と割り込み処理で共用している変数

が主なものだと思います。

Arduinoの場合は、割り込み関数かそうでないかで判断すると良いと思います。

投稿2020/06/24 08:03

bjnes

総合スコア113

Alyn

2020/06/24 08:19

ありがとうございます。割り込み関数内で使用されてる関数は当てはまるのでしょうか？引数のようなコピーは問題ないでしょうか？

bjnes

2020/06/25 00:12

変数のスコープ(直訳：見える範囲、意訳：生存期間、有効期限）について考えてみましょう。関数の入り口から出口までより、変数の有効期限が長いものに対してvolatileをつける。割り込み関数内で使用される関数はその関数内でstatic変数を利用している場合その変数にはvolatileをつけるべきです。引数のようなコピーは一時変数です。関数の寿命と同じか短いはずです。問題ありません。 C++だと色んな所にvolatileをつけることができますが、基本的に volatileをつけるべき変数は、１．ハードウェアレジスタを指したポインタ変数２．グローバル変数（割り込み関数とメイン関数で共用する）です。

行動規範の内容に同意します

ベストアンサー

変数にvolatileをつけるのは変数を複数の関数で使う場合、変数の数値を共有するためです。このコードに変数を共有してる関数がないため、volatileの必要がありません。

Arduino公式サイトよりvolatileの例：

arduino
1// toggles LED when interrupt pin changes state
2
3int pin = 13;
4volatile byte state = LOW;
5
6void setup() {
7  pinMode(pin, OUTPUT);
8  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2), blink, CHANGE);
9}
10
11void loop() {
12  digitalWrite(pin, state);
13}
14
15void blink() {
16  state = !state;
17}

ご覧の通り、loop()はblink()とstateを共有しています。volatileをつけないと、blink()がstateを反転しても、loop()が見えません。なぜなら、byteは小さい型であり、速さのため、Arduinoのメモリーから読むことがなく、一度レジスタにコピーして、後でずっとそこから読むことです。volatileの意味は「変わりやすい」です。変わりやすいから、必ず毎回メモリーから新しい数値を読んでくださいと、コンパイラに伝えるのです。そうしたら、stateの変化がどこでも反映されます。

こういった依存関係がなければ、volatileの必要がありません。

投稿2020/06/24 06:03

YufanLou

総合スコア463