瑞萨 E2 Studio O2 编译等级下 I2C 收发无 ACK 回复问题解决经验

在瑞萨官方的 IDE E2 Studio 中，可以通过【Optimization（优化）】选项对软件编译进行优化。IDE 提供了若干不同的优化模式，用户可以根据实际需求选择不同程度的优化。优化的主要目的是让代码执行得更快，占用空间更小，让变量访问、循环、函数调用变得更高效等。

举个例子：

在 C 语言中，如下伪代码存在着重复和冗余：

{          int a = 0;   //定义一个a，赋初始值为0
int b = 1;   //定义一个b，赋初始为1
a = b; //把b的值赋值到a
a = b; //把b的值赋值到a again
}

其中 b 赋值到 a，且出现了两次，但效果上与一次赋值相同，而且实际上也无需定义变量 b，通过优化编译等级后，上述代码可能变成：

{
a = 1;
}

以上是优化功能的一个例子。在 E2 Studio 中，优化选项的设置路径为：【选择工程点击右键】→【属性】→【C/C++ 构建】→【设置】→【优化】。

一般情况下，最常见的是两种选择：一个是 O0，这个在 debug 调试中常被使用；另一个是 O2，在正式版本的编译时会选择，构建的选项中的 release 版本对应的就是 O2 优化等级。

近期有一位客户在使用瑞萨 RA2L1 芯片，基于 E2 Studio 环境开发。当他把编译等级设置为 O2 后，完成编译并调试 I2C 读写功能时，出现了没有收到 ACK 应答的现象。而同样的代码，在 O0 编译模式下，I2C 通信完全正常。

客户使用的底层驱动是 E2 Studio 智能配置工具自动配置生成的，通常情况下，只要不手动修改自动生成的代码，驱动本身不会出现问题。经过排查，对应的配置也确实没有问题。

因此，问题很可能出在用户的应用代码上。考虑到应用代码可能在不同平台间被迁移或修改，存在在新平台下运行异常的可能性。检查Hal_Entry.c 发现关键代码如下图（图2）所示：

从代码中可以看到， i2c_event 变量的作用是在主循环里轮询读取，而它的值会在中断回调里被修改，重点是在中断回调以及被修改这两个点上。

而在用户代码的下面，有如下语句：

while(i2c_event == I2C_MASTER_EVENT_ABORTED)

这是一个循环的判断语句。

在 O2 等级编译器下，编译器会认为，这段循环不会被外界修改，所以会判定这个是死循环。

原因是：I2C_MASTER_EVENT_ABORTED 是个枚举常量，i2c_event 是一个普通变量，在当前函数中没有任何对它的写操作，也没有被传给其他函数（它不知道外部代码更新），源代码里也没有显示提示有中断修改它。所以编译器理所当然地推断：“这个变量不会在循环中被改变，可以优化掉重复读取。”于是 O2 会把这段编译成以下实际效果：

if (i2c_event == ABORTED)
    while(1);     // 死循环

这导致：O2 优化会把 i2c_event 缓存在寄存器，主循环永远读不到回调写进去的 event，所以一直读不到读不到 ACK 事件。

所以，之所以编译等级 O0 可以读到的原因是，O0 优化比较“佛系”，不会硬要去断舍离一些东西。

目前问题已经被确定，剩下的就是让这段代码不要被编译器处理掉，这在 C 语言中有专门的手段去实现，那就是增加一个 volatile 关键字。

* volatile 关键字：volatile 是 C 语言中的一个关键字，用来告诉编译器，“这个变量的值随时可能被外部改掉，不要优化它”， 它是禁止编译器对变量做危险优化的一个重要标记。

将上述代码加入 volatile 变量（其实最关键的是 i2c_event，buf 可加可不加，但是顺手加上也无妨），如下：

static volatile i2c_master_event_t i2c_event = I2C_MASTER_EVENT_ABORTED;
static volatile unsigned char buf[8] = {0};

然后重新编译，通过调试实测后，发现问题解决。

因此，在选择比较高的编译等级时，开发者需要注意，如果中断里会修改变量的情况，这种情况下需要加上 volatile 关键字，以增加代码的鲁棒性。

本文介绍了在瑞萨 E2 Studio 开发环境中，使用 O2 编译优化等级时，因编译器优化导致 I2C 通信无法收到 ACK 应答的问题。通过分析中断回调与主循环共享变量的优化机制，给出添加 volatile 关键字的解决方案，确保代码在不同优化等级下稳定运行。

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