[STM32] 9. Volatile 키워드

Volatile 키워드

C 언어에서 volatile 키워드는 임베디드 소프트웨어 개발에서 중요한 역할을 한다. 이 키워드는 변수가 최적화 과정에서 컴파일러에 의해 수정되지 않도록 보장하며, 프로그램의 실행 도중에 변수의 값이 예상치 못하게 변경될 수 있다는 것을 컴파일러에 알린다. 이러한 변경은 외부 이벤트나 하드웨어 등에 의해 발생할 수 있다.

C 언어에서 volatile 키워드는 임베디드 소프트웨어 개발에서 중요한 역할을 한다. 이 키워드는 변수가 최적화 과정에서 컴파일러에 의해 수정되지 않도록 보장하며, 프로그램의 실행 도중에 변수의 값이 예상치 못하게 변경될 수 있다는 것을 컴파일러에 알린다. 이러한 변경은 외부 이벤트나 하드웨어 등에 의해 발생할 수 있다.

📌 1. volatile의 중요성

• 메모리 맵핑된 입출력: 임베디드 시스템에서는 하드웨어 장치를 메모리 주소에 매핑하여 제어하는 경우가 많다. volatile은 이러한 메모리 주소에 위치한 데이터가 언제든지 변경될 수 있음을 나타내므로, 컴파일러가 해당 변수에 대한 접근을 최적화하지 않도록 한다.
• 인터럽트 서비스 루틴: 인터럽트 서비스 루틴(ISR)에서 사용되는 변수는 인터럽트에 의해 언제든지 변경될 수 있다. 이런 변수들을 volatile로 선언함으로써, 컴파일러는 이 변수들을 캐싱하지 않고 항상 메모리에서 직접 읽거나 쓰도록 처리한다.
• 멀티 스레딩: 여러 스레드나 프로세스가 동일한 변수를 공유할 때, 한 스레드에서의 변경이 다른 스레드에 즉시 보이도록 하기 위해 volatile을 사용할 수 있다. 그러나, volatile은 동시성을 완전히 관리하지는 못하므로 일반적으로는 락이나 다른 동기화 메커니즘과 함께 사용해야 한다.

🔗 2. 코드

다음은 volatile 키워드가 사용된 C 코드의 예제이다.

이 코드에서 flag 변수는 외부 이벤트(가정된 인터럽트)에 의해 언제든지 변경될 수 있으므로 volatile로 선언되어 있다. 이는 컴파일러에게 flag 변수의 값을 캐시하지 말고 매번 메모리에서 직접 읽어야 함을 알린다.

#include <stdio.h>

// 가정: 외부 하드웨어 이벤트에 의해 변경될 수 있는 변수
volatile int flag = 0;

// 인터럽트 서비스 루틴이라고 가정
void interrupt_handler() {
    flag = 1;  // 인터럽트 발생 시 flag를 1로 설정
}

int main() {
    while (flag == 0) {
        // flag 값이 변경될 때까지 기다림
    }
    printf("Flag was set!\n");
    return 0;
}

만약 코드에서 flag 변수를 volatile로 선언하지 않는다면, 컴파일러가 최적화 과정에서 이 변수의 사용 방식을 잘못 해석할 수 있다. 컴파일러는 코드를 최적화할 때 변수 값이 변경되지 않을 것으로 예측하여, 메모리에서 매번 변수를 읽지 않고 대신 레지스터에 값을 저장할 수 있다. 이 경우, flag 변수의 값이 외부 이벤트(예를 들어, 인터럽트)에 의해 변경되었음에도 불구하고, 메인 함수의 while 루프는 레지스터에 저장된 구식 값에 의존하여 계속해서 무한 루프에 빠질 수 있다.

이는 프로그램이 flag 변수의 변화를 감지하지 못하고, while 루프에서 탈출하지 못하는 상황으로 이어질 수 있다. 결과적으로 프로그램이 "hang"되거나 예상치 못한 동작을 할 수 있다.

📌 3. 주의사항

• 불필요한 사용: volatile은 필요한 곳에만 사용해야 한다. 불필요하게 사용하면 프로그램의 성능이 저하될 수 있다.
• 동시성 제어 미흡: volatile만으로는 멀티 스레딩 환경에서의 동시성 문제를 해결할 수 없다. 동기화 메커니즘이 필요하다.
• 컴파일러 의존성: volatile의 효과는 컴파일러마다 약간씩 다를 수 있으므로, 사용하는 컴파일러의 문서를 참고하는 것이 좋다.

volatile 키워드의 사용은 임베디드 시스템의 신뢰성을 높이고 하드웨어와의 상호 작용을 정확하게 제어하는 데 중요한 역할을 한다.