C 什么'；这两个中断服务例程中的竞争条件是什么？

我在大学里用ARM微控制器学习实时系统课程。在我目前正在进行的项目中，我正在实现向量场直方图（VFH）算法

问题是：我需要在线程之间进行通信；更具体地说，我希望有一个线程从RangeFinder获取传感器数据，对其进行必要的转换并将其放入队列中。对于它们，另一个线程必须获取该数据并进行处理，等等

目前，我正在使用一个更简单的版本-一个线程从ADC（SensorAcquisitionHandler）获取数据，另一个线程将前5个项目的平均值（最多）输出到显示器（ControlSignalHandler）

/*用于存储测距仪传感器数据的队列*/
静态无符号整数传感器[100]；
静态int传感器AD=0；
静态int传感器STAIL=0；
void传感器获取处理程序（void）{
/*清除中断*/
ADCIntClear（ADC0_基，1）；
int i；/*度量缓冲区的索引*/
/*只使用了3个测距仪*/
if（ADCSequenceDataGet（ADC0_BASE，1，rangeBuffer）==3）{
/*将rangeBuffer的数据放入SensorDataQueue*/
/*另外，在使用SensorDataQueue时，必须将
相应的量程测量*/
/*前方是关键路段！！！关闭中断*/
IntMasterDisable（）；
/*暂时使用简单的FIFO*/
对于（i=0；i<3；++i）{
如果（传感器负载<100）{
传感器[SensorsHead]=范围缓冲器[i]；
SensorsHead++；
}
}
/*一切正常，打开中断*/
IntMasterEnable（）；
}
}
void控制信号处理器（void）{
/*清除计时器中断*/
TimerIntClear（TIMER0\u BASE，TIMER\u TIMA\u TIMEOUT）；
测量缓冲区的无符号字符i；/*索引*/
无符号长平均值=0；
字符缓冲区[20]；
/*平均前n（n=传感器负载）{
SensorsTail=0；
SensorsHead=0；
}
显示96x16x1StringDraw（缓冲区，0，0）；
IntMasterEnable（）；
}

结果在一段时间内相对稳定，但在随机时间间隔内，结果非常高（几乎所有时间的结果都是~330）。此外，当我在“非常高的值”时刻使用符号调试器时，SensorTail和SensorHead的索引可以达到300+（队列是一个100元素的数组）

这听起来像是某种溢出，但我无法想象它是如何发生的。有人能帮我找到它吗

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我知道问题的答案是“使用线程安全队列”，但我想了解这里的竞争条件是如何发生的，索引是如何混乱的，等等。谢谢

查看程序集转储。非易失性代码可以相对于易失性代码重新排序

想象一下你有：

assignmentA_with_volatile_operands;
assignmentB_with_non_volatile_operands;
assignmentC_with_volatile_operands;

编译器可以自由地将其重新排序为：

assignmentA_with_volatile_operands;
assignmentC_with_volatile_operands;
assignmentB_with_non_volatile_operands;

例如，第一个处理程序

SensorAcquisitionHandler

中的

For

循环实际上可以在

IntMasterEnable

之后执行，因为

For

循环中出现的任何对象都不符合

volatile

条件

编辑：

有些人认为这种代码重新排序是不允许的。事实是，它们是由现实生活中的编译器执行的

易失性在程序中不充当内存屏障。对于非易失性访问，不应假定易失性访问充当内存屏障

本标准在C11，5.1.2.3中定义了与程序可观察行为有关的一致性实施的最低要求

gcc

举例说明：对非易失性对象的访问不按易失性访问的顺序排列。不能将易失性对象用作内存屏障，以对非易失性内存的写入序列进行排序

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很多编译器都很谨慎，不在volatile存在的情况下执行此类代码重新排序优化，但我已经看到编译器（例如，

gcc

）执行这些优化。

通过清除中断，您允许它再次发生。想象一下如果（例如）<代码>控制信号处理程序< /代码>在它的第一个循环中间被重新输入会发生什么，因为定时器设法超出了你的代码…

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将整个功能（两者）包装在

IntMasterDisable

+

IntMasterEnable

中，并在禁用后和启用前清除中断。（我会在启用之前立即执行。）

您使用的是什么特定处理器/微控制器？什么RTO（如有）

ARM微控制器上的中断堆栈通常非常小。像

snprintf（）

这样的运行时例程很容易需要数百字节，并且可能会溢出一个小堆栈。即使撇开堆栈空间的考虑，在中断上下文中使用C运行时函数通常也是不安全的——您通常非常受限于从中断中可以调用哪些函数。具体细节取决于您使用的实际RTO和编译器工具链

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如果您违反了这些限制，则很容易导致数据损坏。

您可以通过使用无锁单读单写FIFO来避免头指针和尾指针上的争用情况-其中头指针只在一个线程中写入（或在您的情况下为ISR），尾指针在另一个线程中写入。这意味着您要在每个ISR中执行缓冲区包装测试

若您这样做了，并在每个ISR结束时重置了中断源，那个么您应该根本不需要任何锁定—全局禁用中断是非常不礼貌的。目前你持有的锁都很长时间了

您需要重写FIFO实现的另一个原因是：

    for (i = 0; i < 3; ++i) {
        if (SensorsHead < 100) {

在某些情况下，将对

    for (i = 0; i < 3; ++i) {
        if (SensorsHead < 100) {

/* Average first n (n <= 5) elements from Sensors queue. */
for (i = 0; i < 5 && SensorsTail < SensorsHead; ++i) {
    average += Sensors[SensorsTail];
    SensorsTail++;
}