如何使用一次只能读取 32 位的方法准确读取 64 位寄存器值？

Question

在过去的一次采访中遇到了这个问题，但没有得到任何反馈。

既然它是一个寄存器，我是否需要在访问寄存器之前禁用中断以防止数据损坏？考虑使用两个缓冲区，32 位和 64 位，并将 32 位缓冲区发送到 read32() 并相应地将其转移到 64 位缓冲区。让我们假设这是 little-endian 架构。

我在 repl.it 上写了一个快速示例代码（输出与寄存器值不匹配）

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdint.h>

void read32(uint64_t *reg, uint32_t *buffer){
  memcpy(buffer, reg, 4);
}

int main(void) {
  
  //register
  uint64_t reg = 0xAAAAAAAAFFFFFFFF;
  
  //buffers
  uint32_t buf_32 = 0;
  uint64_t buf_64 = 0;

  //read LSW
  read32(&reg, &buf_32);
  buf_64 |= buf_32; //add LSW

  //read MSW
  read32(&reg+4, &buf_32);
  buf_64 |= ((uint64_t)buf_32 << 32);
  
  printf("64 bit register value: 0x%lx\n", buf_64);
  return 0;
}

输出：

64 bit register value: 0x1ffffffff

Answer 1

禁用中断不会阻止可能独立​​于代码序列而改变的 I/O 寄存器。

通常在大于架构宽度的两个硬件寄存器之间需要数据一致性的情况下，硬件数据表或参考手册会建议如何读取数据 - 通常通过指定必须读取寄存器的顺序使用使之“安全”的硬件机制。

在其他情况下，方法可能取决于寄存器的性质及其功能/行为。例如，如果您有两个 32 位定时器/计数器，其中一个溢出触发另一个递增，以形成一个 64 位计数器，那么显然高位计数器只会在低位计数器溢出时发生变化。在这种情况下，您可以简单地读取低点，然后读取高点，如果低点已经包裹，则重复：

uint32_t low_word = 0, high_word = 0;

do
{
    low_word = *low_reg_addr ;
    high_word = *high_reg_addr ;

} while( *low_reg_addr > low_word ) ;  // If low has wrapped, re-read

uint64_t full_word = (uint64_t)high_word << 32 | low_word;

所以如果高位寄存器被读取后低位寄存器没有被包裹，那么数据必须是一致的，并且循环退出。如果已包装，则数据可能不一致，必须重新读取。

Answer 2

我在您的代码中看到的一个错误是 &reg+4 会将指针增加到 x + 32 字节。这不是您想要的，因为它应该只是 x + 4 个字节。您可能需要考虑对 uint32_t 进行类型转换。 ((uint32_t *)&reg + 1) 应该增加 4 个字节。但是，您也必须相应地更改您的读取功能。