同样的代码在IAR和Keil C51中仿真结果不一样

只看该作者 · 2012-2-3 15:31

最近写程序时遇到一个问题，用IAR Embedded Workbench Evaluation for MSP430 4.20和Keil uVision2 V2.40（C Compiler版本是V7.09）分别进行编译并软仿真同样的代码（附后），结果却不一样。两个开发环境均为默认设置，Keil选择的器件是中颖的SH88F54，IAR选择的器件是Generic MSP430 device，使用软件仿真。问题出现在IAR中，用unsigned char变量（取一维数组中的元素）与常数相乘，并将结果赋值给unsigned long变量，对于某些数组元素值，结果会出错。详情如下：

（1）如下代码所示，假设一组数为{addend00=0xFF,addend01=0xFF,addend02=0xFF,addend03=0xFF}，在Keil中，sumvalue1的计算结果是
0xFFFFFFFF，这是对的，而IAR中，sumvalue1的计算结果却是0xFFFEFFFF（即十进制4294901759），显然不是预想的值；

（2）乘数为{addend0=0x12,addend1=0x34,addend2=0x56,addend3=0x78}时，Keil和IAR的计算结果一样，都是正确的，即0x12345678；

（3）乘数为{addend00=0xFF,addend01=0x00,addend02=0xFF,addend03=0xFF}时，在Keil中，sumvalue1的计算结果是
0xFF00FFFF,而IAR中，sumvalue1的计算结果却是0xFEFFFFFF（即十进制4278190079），也不对。

（4）后来将乘加式中的常数加上类型转换(unsigned long)，上述问题就解决了，即下述代码中的sumvalue3。

不知这是什么原因，为何IAR的计算结果会异常？是编译环境设置的问题吗？盼高手指点一下。谢谢！

-------------------------程序代码-------------------------

复制

unsigned char addend0=0x12,addend00=0xff;

unsigned char addend1=0x34,addend01=0x00;

unsigned char addend2=0x56,addend02=0xff;

unsigned char addend3=0x78,addend03=0xff;

unsigned long sumvalue,sumvalue1,sumvalue2,sumvalue3;

//unsigned int intvalue,intvalue1;



void main(void)

{

  sumvalue = addend0*0x1000000+addend1*0x10000+addend2*0x100+addend3;

  

  sumvalue1 = addend00*0x1000000+addend01*0x10000+addend02*0x100+addend03;

  

  sumvalue2 = addend0*(unsigned long)0x1000000+addend1*(unsigned long)0x10000+addend2*(unsigned long)0x100+addend3;

  

  sumvalue3 = addend00*(unsigned long)0x1000000+addend01*(unsigned long)0x10000+addend02*(unsigned long)0x100+addend03;

  

  addend0 = sumvalue2/0x1000000;

  

  addend1 = sumvalue2/0x10000%0x100;

  

  addend2 = sumvalue2/0x100%0x100;

  

  addend3 = sumvalue2%0x100;

  

  addend00 = sumvalue3/0x1000000;

  

  addend01 = sumvalue3/0x10000%0x100;

  

  addend02 = sumvalue3/0x100%0x100;

  

  addend03 = sumvalue3%0x100;

  

  //intvalue = addend00*(unsigned int)0x100+addend01;

  

  //intvalue1 = addend00*0x100+addend01;

  

  while(1);

}

只看该作者 · 2012-2-3 16:13

本帖最后由 uc_stm32f050 于 2012-2-3 16:37 编辑

楼主你搞反了，其实是IAR对了，KEIL错了。
或者说，IAR在运算时，遵守标准C，而KEIL却没有遵守标准C。

用AVRGCC和SDCC51实验，结果与IAR一样。

下面几个式子，楼主看看
(假设int是16位，运算规则采用标准C)

((unsigned char)0xFF)*0x10000
((unsigned char)0xFF)*0x100

((unsigned char)0xFF)*0x10000U
((unsigned char)0xFF)*0x100U

((unsigned char)0xFF)*0x10000L
((unsigned char)0xFF)*0x100L

((unsigned char)0xFF)*0x1000000

结果的值和类型.

只看该作者 · 2012-2-3 22:15

楼上果然是高手！！

1万 · 2012-2-4 09:03

做技术就是需要这种钻研的精神

只看该作者 · 2012-2-6 10:04

IAR的结果是对的。在标准C算式中有一个原则，即两个不同类型的数值计算时，会换算成比较大的类型进行计算。比方说addend00*0x1000000中，addend00是unsigned char而0x1000000会是signed long类型，所以计算时，addend00的值也会转换成signed long进行计算，所以在算sumvalue1时，实际上是
sumvalue1 = signed long + signed long + signed long + signed long
这里就存在溢出及符号改变的问题了。即使结果正确，这么做也存在风险。

根据楼主的应用，自然是应该使用：
sumvalue = unsigned long + unsigned long + unsigned long + unsigned long

所以楼主按下面这样写才是最保险的：
sumvalue3 = addend00*(unsigned long)0x1000000+addend01*(unsigned long)0x10000+addend02*(unsigned long)0x100+addend03;

或者写成:
sumvalue3 = addend00*0x1000000UL+addend01*0x10000UL+addend02*0x100UL+addend03;

只看该作者 · 2012-2-6 14:19

楼主在做嵌入式吗？

只看该作者 · 2012-2-6 20:30

藏龙卧虎啊拜读了呢

只看该作者 · 2012-2-6 20:30

都是高级工程师？

只看该作者 · 2012-2-6 21:52

拜读

只看该作者 · 2012-2-7 16:29

楼主你搞反了，其实是IAR对了，KEIL错了。
或者说，IAR在运算时，遵守标准C，而KEIL却没有遵守标准C。

用AVRGCC和SDCC51实验，结果与IAR一样。

下面几个式子，楼主看看
(假设int是16位，运算规则采用标准C)

((u ...
uc_stm32f050 发表于 2012-2-3 16:13

感谢指正！！
是的，我又用意法的STVD仿真了一下，使用STM8 Cosmic，软件仿真，结果和IAR一样。
使用Keil的朋友（尤其是像我一样不常写程序、对C标准不熟的朋友）可得小心！！

只看该作者 · 2012-2-7 16:33

IAR的结果是对的。在标准C算式中有一个原则，即两个不同类型的数值计算时，会换算成比较大的类型进行计算。比方说addend00*0x1000000中，addend00是unsigned char而0x1000000会是signed long类型，所以计算时，adden ...
TI_MCU 发表于 2012-2-6 10:04

多谢版主，省得我再去费时间查资料了:victory:;P
印象中好像long long ago在哪里看到您说的这个规则，这回印象深刻了，呵呵。

只看该作者 · 2012-2-8 13:39

11# yirongfu

有时候规范的写程序还是非常重要的，不然会有一些莫名奇妙的问题等着你去解决。

只看该作者 · 2012-2-8 17:19

12# 永远的不知

严重赞同！！:)

只看该作者 · 2012-2-8 17:32

我又进一步用下述代码在IAR下测试了下（“//”后面的数值是仿真结果），想知道原来的问题与自己的设计到底在哪里有了出入，遇到一个新的疑问：代码中sumvalue3的值仿真结果是0xFFFFFF00，这个值我本以为应该是0x0000FF00，但它怎么高位都是F了呢？如果符号位，也只是最高位（bit）为1吧？不知道像sumvalue3这个算式在运算时是怎么处理的？规则是怎样的？求解！

-----------------测试代码-----------------

复制

unsigned char addend00=0xff;

unsigned char addend01=0x00;

unsigned char addend02=0xff;

unsigned char addend03=0xff;

unsigned long sumvalue,sumvalue1,sumvalue2,sumvalue3,sumvalue0;





void main(void)

{

    

  sumvalue1 = addend00*0x1000000;   //4278190080(0xFF000000)

  

  sumvalue2 = addend01*0x10000;     //0

  

  sumvalue3 = addend02*0x100;       //4294967040(0xFFFFFF00)

  

  sumvalue0 = sumvalue1 + sumvalue2 + sumvalue3;  //4278189824(0xFEFFFF00)

  

  sumvalue0 = sumvalue1 + sumvalue2 + sumvalue3 + addend03;  //4278190079(0xFEFFFFFF)

  

  sumvalue = addend00*0x1000000 + addend01*0x10000 + addend02*0x100 + addend03;  //4278190079

  

  while(1);

}

只看该作者 · 2012-2-9 09:29

如果符号位，也只是最高位（bit）为1吧？
-------------------------------------------------------------------
NO。

有符号数表示使用补码表示的。
你先理解一下什么是补码。

只看该作者 · 2012-2-9 09:36

本帖最后由 uc_stm32f050 于 2012-2-9 12:27 编辑

sumvalue3 = addend02*0x100; //4294967040(0xFFFFFF00)
---------------------------------------------------------------------------------------
分析：
addend02的值是0xff，类型是unsigned char
字面值常数0x100的值是0x100，类型是int
((unsigned char)0xff)*((int)(0x100)) 结果值是0XFF00,类型是int (对应10进制为-256)
即：
addend02*0x100
=((unsigned char)0xff)*((int)(0x100))
=(int)(0xff00)
=(int)(-256)

sumvalue3的类型是unsigned long
sumvalue3=(unsigned long)((int)(-256))
=(unsigned long)(-256)
=(unsigned long)(0xffffff00)
结果值为0xFFFFFF00，类型是unsigned long

只看该作者 · 2012-2-9 09:57

本帖最后由 uc_stm32f050 于 2012-2-9 09:59 编辑

总之：
C语言里面的运算，必须要考虑类型。
C语言所有变量，常量的运算都是值与类型共同运算的结果。

只看该作者 · 2012-2-9 10:42

自己写代码试了下，在IAR V6.21和V6.20下，
sumvalue3 = addend02*0x100的结果就是0xFF00，而不是楼主说的0xFFFFFF00。
建议楼主看看自己的汇编代码，到底是怎么计算的。看楼主的代码，如果真这么写，计算结果很有可能被优化掉而直接存入结果的。

一般来说，现在的编译器对类型转换时的符号问题都处理得不错，建议楼主及时升级

只看该作者 · 2012-2-9 12:35

本帖最后由 uc_stm32f050 于 2012-2-9 13:38 编辑

自己写代码试了下，在IAR V6.21和V6.20下，
sumvalue3 = addend02*0x100的结果就是0xFF00，而不是楼主说的0xFFFFFF00。
建议楼主看看自己的汇编代码，到底是怎么计算的。看楼主的代码，如果真这么写，计算结果很有可 ...
TI_MCU 发表于 2012-2-9 10:42

楼上你用的是IARARM,int是32位。
而IARAVR，IARMSP430，IAR8051 int都是16位。
由于int的位数不同，得出的结果也会迥异。

如果int是16位：
addend02*0x100
=((unsigned char)0xff)*((int)(0x100))
=(int)(0xff00) //int是16位，(int)(0xff00)是负数，表示的十进制是-256
=(int)(-256)
sumvalue3的类型是unsigned long
sumvalue3=(unsigned long)((int)(-256))
=(unsigned long)(-256)
=(unsigned long)(0xffffff00)
结果值为0xffffff00，类型是unsigned long

如果int是32位：
addend02*0x100
=((unsigned char)0xff)*((int)(0x100))
=(int)(0xff00) //int是32位，(int)(0xff00) 是正数，表示的十进制是255
=(int)(255)
sumvalue3的类型是unsigned long
sumvalue3=(unsigned long)((int)(255))
=(unsigned long)(255)
=(unsigned long)(0x0000ff00)
结果值为0x0000ff00，类型是unsigned long

IARARM int是32位，类似也有
unsigned long long sumvalue3;
sumvalue3 = 0xff*0x1000000 ;
结果是0xFFFFFFFFFF000000
而不是0x00000000FF000000

还是那句老话：
C语言所有变量，常量的运算都是值与类型共同运算的结果。

只看该作者 · 2012-2-10 01:00

非常感谢uc_stm32f050和版主的解答，尤其是uc_stm32f050的详解！！！uc_stm32f050功力深厚:D

对比了下汇编代码，发现Keil和IAR的处理方式差异很大，Keil的处理方法似乎太“优化”了些，感觉是先判断了乘数0x100，然后再相应地用最少的代码实现，汇编代码摘录如下：
----------Keil-----------

复制



    15:   sumvalue3 = addend02*0x100;       //4294967040(0xFFFFFF00) 

    16:    

C:0x002F    E51A     MOV      A,addend02(0x1A)

C:0x0031    FE       MOV      R6,A

C:0x0032    E4       CLR      A

C:0x0033    F517     MOV      0x17,A

C:0x0035    8E16     MOV      0x16,R6

C:0x0037    F515     MOV      0x15,A

C:0x0039    F514     MOV      sumvalue3(0x14),A

寄存器0x14-17应该是用来存放sumvalue3的，这里就不涉及逻辑运算，只是寄存器和内存的数据搬移和清零

----------IAR-----------

复制



  sumvalue3 = addend02*0x100;       //4294967040(0xFFFFFF00)

 000274   425E 0201         mov.b   &addend02,R14

 000278   4E4E              mov.b   R14,R14

 00027A   F03E 00FF         and.w   #0xFF,R14

 00027E   108E              swpb    R14

 000280   4E0F              mov.w   R14,R15

 000282   E33F              inv.w   R15

 000284   5F0F              rla.w   R15

 000286   7F0F              subc.w  R15,R15

 000288   4E82 0210         mov.w   R14,&sumvalue3

 00028C   4F82 0212         mov.w   R15,&0x212

R14和R15用来存放sumvalue3，应该就是uc_stm32f050所解释的关键。

现在我感觉它们的数据类型都是标准的，只是在运算或者存储时的处理规则不一样，可能正如uc_stm32f050所言，Keil的处理方法有点特别。

另外，查了下第一帖中提到的两个开发环境下的C编译帮助文档，确实就像uc_stm32f050所说的，IAR for MSP430中int是16bit，IAR for ARM是32bit，Keil中是16bit，不过有一点值得注意，IAR中都提到了负数采用补码形式，而keil中并未提及（或者我还没找到），截图如下（IAR for ARM的帮助文档是IAR Embedded Workbench for ARM 5.30 Kickstart环境下的）：
----IAR for ARM

----IAR for 430

----KEIL C51

同样的代码在IAR和Keil C51中仿真结果不一样

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