Uso di variabili globali nei sistemi integrati

Ho iniziato a scrivere firmware per il mio prodotto e sono un novellino qui. Ho esaminato molti articoli sul non utilizzo di variabili o funzioni globali. Esiste un limite per l'utilizzo di variabili globali in un sistema a 8 bit o è un "No-No" completo. Come dovrei usare le variabili globali nel mio sistema o dovrei evitarle completamente?

Vorrei ricevere preziosi consigli da voi ragazzi su questo argomento per rendere il mio firmware più compatto.

Puoi utilizzare le variabili globali con successo, purché tieni a mente le linee guida di @ Phil. Tuttavia, ecco alcuni modi interessanti per evitare i loro problemi senza rendere il codice compilato meno compatto.

1. Utilizzare le variabili statiche locali per lo stato persistente a cui si desidera accedere solo all'interno di una funzione.

   #include <stdint.h>
   void skipper()
   {
       static uint8_t skip_initial_cycles = 5;
       if (skip_initial_cycles > 0) {
           skip_initial_cycles -= 1;
           return;
       }
       /* ... */
   }

2. Utilizzare uno struct per mantenere insieme le variabili correlate, per rendere più chiaro dove dovrebbero essere utilizzate e dove no.

   struct machine_state {
        uint8_t level;
        uint8_t error_code;
   } machine_state;
   
   struct led_state {
       uint8_t red;
       uint8_t green;
       uint8_t blue;
   } led_state;
   
   void machine_change_state()
   {
       machine_state.level += 1;
       /* ... */
       /* We can easily remember not to use led_state in this function. */
   }
   
   void machine_set_io()
   {
       switch (machine_state.level) {
       case 1:
           PIN_MACHINE_IO_A = 1;
           /* ... */
       }
   }

3. Utilizzare le variabili statiche globali per rendere visibili le variabili solo all'interno del file C. Ciò impedisce l'accesso accidentale da parte del codice in altri file a causa di conflitti di denominazione.

   /* time_machine.c */
   static uint8_t current_time;
   /* ... */
   
   /* delay.c */
   static uint8_t current_time; /* A completely separate variable for this C file only. */
   /* ... */

Come nota finale, se stai modificando una variabile globale all'interno di una routine di interrupt e la stai leggendo altrove:

• Segna la variabile volatile.
• Assicurarsi che sia atomico per la CPU (ovvero 8 bit per una CPU a 8 bit).

O

• Utilizzare un meccanismo di blocco per proteggere l'accesso alla variabile.

Le ragioni che non vorresti usare le variabili globali in un sistema a 8 bit sono gli stessi che non vorresti di utilizzarli in qualsiasi altro sistema: fanno ragionamento sul comportamento del programma difficile.

Solo i programmatori cattivi ottenere appeso su regole come "non usare le variabili globali". I bravi programmatori a capire il motivo dietro le regole, poi trattare le regole più come linee guida.

Il tuo programma è facile da capire? Il suo comportamento è prevedibile? È facile modificarne parti senza romperne altre? Se la risposta a ciascuna di queste domande è sì , allora siete sulla strada per un buon programma.

Non si dovrebbe completamente evitare l'uso di variabili globali ( "globals" in breve). Ma, li si dovrebbe usare con giudizio. I problemi pratici con l'uso eccessivo di variabili globali:

• Globali sono visibili in tutta l'unità di compilazione. Qualsiasi codice in unità di compilazione può modificare a livello globale. Le conseguenze della modifica può emergere ovunque si valuta questo mondiale.
• Di conseguenza globali rendere il codice più difficile da leggere e capire. Il programmatore deve sempre tenere a mente tutti i luoghi in cui viene valutata e contrassegnati con il globale.
• L'uso eccessivo di variabili globali rende il codice più difetti inclini.

È buona norma aggiungere un prefisso g_al nome delle variabili globali. Ad esempio g_iFlags,. Quando vedi la variabile con il prefisso nel codice, riconosci immediatamente che è globale.

Il vantaggio delle strutture di dati globali nel lavoro incorporato è che sono statiche. Se ogni variabile di cui hai bisogno è globale, non rimarrai mai accidentalmente a corto di memoria quando le funzioni vengono immesse e lo spazio viene creato per loro nello stack. Ma allora, a quel punto, perché avere funzioni? Perché non una grande funzione che gestisce tutta la logica e i processi - come un programma BASIC senza GOSUB consentito. Se prendi questa idea abbastanza lontano avrai un tipico programma di assemblaggio degli anni '70. Efficiente, impossibile da mantenere e risoluzione dei problemi.

Quindi usa i globi in modo giudizioso, come le variabili di stato (ad esempio, se ogni funzione deve sapere se il sistema è in stato interpretato o eseguito) e altre strutture di dati che devono essere viste da molte funzioni e come dice @PhilFrost, è il comportamento di le tue funzioni sono prevedibili? Esiste la possibilità di riempire lo stack con una stringa di input che non finisce mai? Queste sono questioni per la progettazione di algoritmi.

Si noti che statico ha un significato diverso all'interno e all'esterno di una funzione. /programming/5868947/difference-between-static-variable-inside-and-outside-of-a-function

/programming/5033627/static-variable-inside-of-a-function-in-c

Le variabili globali dovrebbero essere utilizzate solo per uno stato veramente globale. L'uso di una variabile globale per rappresentare qualcosa di simile, ad esempio, la latitudine del limite settentrionale della mappa funzionerà solo se ci sarà sempre un solo "limite settentrionale della mappa". Se in futuro il codice potrebbe dover funzionare con più mappe con confini settentrionali diversi, sarà probabilmente necessario rielaborare il codice che utilizza una variabile globale per il confine settentrionale.

Nelle tipiche applicazioni informatiche, spesso non vi è alcun motivo particolare per presumere che non ci sarà mai più di qualcosa di simile. Nei sistemi embedded, tuttavia, tali ipotesi sono spesso molto più ragionevoli. Mentre è possibile che un tipico programma informatico possa essere chiamato a supportare più utenti simultanei, l'interfaccia utente di un tipico sistema incorporato sarà progettata per essere gestita da un singolo utente che interagisce con i suoi pulsanti e display. Come tale, in qualsiasi momento avrà un singolo stato dell'interfaccia utente. Progettare il sistema in modo che più utenti possano interagire con più tastiere e display richiederebbe molta più complessità e richiederebbe molto più tempo per essere implementato, piuttosto che progettarlo per un singolo utente. Se il sistema non è mai chiamato a supportare più utenti, qualsiasi ulteriore sforzo investito per facilitare tale utilizzo sarà sprecato. A meno che non sia probabile che sia richiesto il supporto multiutente, sarebbe probabilmente più saggio rischiare di dover scartare il codice utilizzato per un'interfaccia utente singolo nel caso in cui sia richiesto il supporto multiutente, piuttosto che dedicare tempo extra all'aggiunta di più assistenza agli utenti che probabilmente non sarà mai necessaria.

Un fattore correlato con i sistemi incorporati è che in molti casi (in particolare che coinvolgono le interfacce utente), l'unico modo pratico per supportare avere più di una cosa sarebbe usare più thread. In assenza di qualche altra necessità di multi-threading, è probabilmente meglio utilizzare un semplice design a thread singolo piuttosto che aumentare la complessità del sistema con il multi-thread che probabilmente non sarà mai realmente necessario. Se l'aggiunta di più di qualcosa richiederebbe comunque una riprogettazione del sistema enorme, non importa se richiede anche una rielaborazione dell'uso di alcune variabili globali.

Molte persone sono confuse su questo argomento. La definizione di una variabile globale è:

Qualcosa che è accessibile da qualsiasi parte del programma.

Questa non è la stessa cosa delle variabili dell'ambito del file , che sono dichiarate dalla parola chiave static. Quelle non sono variabili globali, sono variabili private locali.

 int x; // global variable
 static int y; // file scope variable

 void some_func (void) {...} // added to demonstrate that the variables above are at file scope.

Dovresti usare le variabili globali? Ci sono alcuni casi in cui va bene:

• Le variabili di sola lettura possono essere globali. Post correlato con informazioni dettagliate su tale argomento
• I registri hardware corrispondenti alla mappa del registro MCU potrebbero essere globali.

In tutti gli altri casi, non dovrai mai usare variabili globali. Non c'è mai un motivo per farlo. Usa invece le variabili dell'ambito del file , il che va perfettamente bene.

Dovresti cercare di scrivere moduli di codice indipendenti e autonomi progettati per svolgere un'attività specifica. All'interno di tali moduli, le variabili interne dell'ambito del file devono risiedere come membri di dati privati. Questo metodo di progettazione è noto come orientamento agli oggetti e ampiamente riconosciuto come un buon design.