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[ARM-2D 专题]5 MDK编译器一个旧版本-Ofast优化bug的问题及解决办法

article 2024/10/30 13:27:38

在这里插入图片描述

最近开始大量基于ARM-2D开发应用项目，为了达到最佳性能，我们使用了编译器的许多特殊技能，其中就包含了-Ofast优化，很不幸，一不小心踩坑了。
案发情况如下：
使用的MDK版本5.36，编译器6.16
在这里插入图片描述
优化选项配置如下：

不使用mcirolib

代码比较简单，读写一个Norflash数据：

uint8_t sFLASH_SendByte(uint8_t byte)
{
	uint32_t i;
	i = 0;
  while ((SPI_I2S_GetFlagStatus(sFLASH_SPI, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET) && (i++ < 5000)); //set timeout
  SPI_SendData(sFLASH_SPI, byte);

	i = 0;
  while ((SPI_I2S_GetFlagStatus(sFLASH_SPI, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET) && (i++ < 5000)); //set timeout
  return (uint8_t)SPI_GetData(sFLASH_SPI);
  }

以前使用microlib库编译，运行良好，所以也没有在意问题，现在使用arm-2d，不使用microlib编译，运行，读数据错误了。一开始莫名奇妙的，采用各种组合验证，得出以下结论：
测试情况：

优化开-Ofast，使用microlib编译，代码中的i不用volatile修饰，功能正常
优化开-Ofast，不使用microlib编译，代码中的i不用volatile修饰，功能异常
优化开-O1，不使用microlib编译，代码中的i不用volatile修饰，功能正常
优化开-Ofast，不使用microlib编译，代码中的i用volatile修饰，功能正常

初步结论，看起来就是编译器-Ofast，并且不使用microlib库的时候，优化出了问题。代码逻辑上看起来没有任何问题（表面上如此，具体解释在这种情况不同的编译器有不同的说法，编译器说了算）。
追踪了一下反汇编代码：
在这里插入图片描述
确实发现了一个优化的问题，如图中所示，R6寄存器没做任何初始化，后面就和R0比较(对应代码i<5000)，导致延时时间不够，寄存器数据读取错误。
后来和arm2d的作者讨论了一下，确定了结论：编译器的未定义行为或者说bug
参考：编译器的无副作用代码
为了验证这个问题，安装最新的MDK版本：
在这里插入图片描述
还是这一段代码，其他配置一样，编译，链接，下载，测试。运行正常，说明最新的编译器已经修正了这个不是bug的bug。我们看看它生成的代码：

这下子没有问题了，明显看到了对两个变量R6，R4的初始化，运行结果也正确了。
那么对于上面那一段代码，我们要如何来写，才能防止编译器的优化或者不确定行为呢？进而确保我们写出的代码具有健壮性和与编译器的无关性，下面两种改写都有效，共参考：

uint8_t sFLASH_SendByte(uint8_t byte)
{
	uint32_t i; 
	i = 0;
  while ((SPI_I2S_GetFlagStatus(sFLASH_SPI, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET) && (i++ < 5000)) __NOP(); //set timeout
  SPI_SendData(sFLASH_SPI, byte);
	i = 0;
  while ((SPI_I2S_GetFlagStatus(sFLASH_SPI, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET) && (i++ < 5000)) _NOP(); //set timeout
  return (uint8_t)SPI_GetData(sFLASH_SPI);
  }

这一种写法，在while后面增加一条_NOP()指令，阻止编译器对看似无用的i++的优化，保证不被未定义行为的优化。

	uint8_t sFLASH_SendByte(uint8_t byte)
{
	for(i = 0;i < 1000;i++)
	{
		if ((sFLASH_SPI->SR & SPI_I2S_FLAG_TXE) != (uint16_t)RESET)
			break;
	}
	SPI_SendData(sFLASH_SPI, byte);
	for(i = 0;i < 1000;i++)
	{
		if ((sFLASH_SPI->SR & SPI_I2S_FLAG_RXNE) != (uint16_t)RESET)
			break;
	}
	return (uint8_t)SPI_GetData(sFLASH_SPI);