STM32 HAL库原子操作编译问题解决指南

STM32 HAL库原子操作编译问题解决指南(ATOMIC Undefined)

现象描述：

近日在新建开发工程时，发现所用的HAL的部分文件版本已经比较老了，于是将该部分文件用新版本替换后加入到工程中。却在编译时报出了如下图所示错误

在HAL提供的UART驱动文件中报出了ATOMIC_CLEAR_BIT 和 ATOMIC_SET_BIT 的函数隐式声明警告。

原因分析：

在新版本的HAL库中，部分外设（例如上述的UART等）的驱动实现底层使用到了原子操作的API，而由于种种原因我们的工程中并没有包含这部分的实现，因而在链接时链接器无法正确定位到相关实现。

在stm32f4xx.h头文件中，可以找到普通位操作的实现，但是缺失了原子操作的实现。这也照应了上述的错误警示。

解决方案：

可以在stm32f4xx_hal_conf或stm32f4xx_hal_def文件中，找一个位置将ATOMIC相关的API宏映射到普通的位操作API上。

修改后清扫工程，重新编译即可。

为什么可以这么修改？

原子操作的目的在于防止出现数据竞争现象 ，这常见于多核CPU。而我们常用的都是单核Cortex-M处理器，在单核的环境下，大多数寄存器操作本身具有足够的原子性，对于新版本的 HAL 库，只是使用 ATOMIC_* 前缀来更明确地表示这些操作应该是原子的。

如果确实需要原子操作，可将下列代码复制到stm32f4xx_hal_conf或stm32f4xx_hal_def中。

c 复制代码

#define ATOMIC_SET_BIT(REG, BIT)                             \
  do {                                                       \
    uint32_t val;                                            \
    do {                                                     \
      val = __LDREXW((__IO uint32_t *)&(REG)) | (BIT);       \
    } while ((__STREXW(val,(__IO uint32_t *)&(REG))) != 0U); \
  } while(0)

#define ATOMIC_CLEAR_BIT(REG, BIT)                           \
  do {                                                       \
    uint32_t val;                                            \
    do {                                                     \
      val = __LDREXW((__IO uint32_t *)&(REG)) & ~(BIT);      \
    } while ((__STREXW(val,(__IO uint32_t *)&(REG))) != 0U); \
  } while(0)

这段代码使用了Cortex-M处理器的硬件原子指令，拥有硬件级的原子操作性能。

LDREX ：

从内存加载值，并标记该内存区域为独占访问。
建立了一个独占监视器。

STREX ：

尝试将值存储到内存，如果内存仍然处于独占状态（没有被其他操作修改），则存储成功并返回0。
如果内存已被修改，则存储失败并返回1。如果返回非0值会重新执行整个操作，最终确保成功完成原子修改。

查阅资料后发现，该问题主要集中在Keil的老ARMCC5编译器，ARMCC5基于C99标准，对原子操作的支持并不好，而ARMCC6则基于更新的C11标准，内部完整支持了原子操作。因此还有一种解决办法是将工程重新转换到ARMCC6环境下进行编译。当然，半道转换编译环境是有一定风险的，该方法我也没有试过，因此此处仅作为一个参考。

总结：

新版本HAL库使用了ATOMIC_SET_BIT和ATOMIC_CLEAR_BIT宏。若由于编译器问题或某些原因导致缺失相关原子操作的实现，对于常见的单核环境下，可直接将其进行宏映射到普通位操作上。若有需要，也可加入自身的原子操作。将编译环境(Keil IDE)由ARMCC5改换到较新的ARMCC6或可解决问题，但是需要面临代码兼容性的风险，不建议中途更换编译环境。