锁定（原子）寄存器读/写

我正在使用GPIO的直接控制进行编码，为此有一些不错的资源，例如http://elinux.org/RPi_Low-level_peripherals#GPIO_hardware_hacking；该过程涉及open（“ / dev / mem”），然后mmap操作有效地将所需的物理地址映射到您的虚拟地址空间中。然后，阅读本http://www.raspberrypi.org/wp-content/uploads/2012/02/BCM2835-ARM-Peripherals.pdf的第6节，以了解有关如何控制I / O的信息。

要更改引脚的功能（输入或输出，或各种特殊功能），请修改GPFSELx I / O寄存器中的这3位字段（000 =输入，001 =输出对象实例）。这些修改操作被编译为具有普通加载和存储的操作（例如，将GPIO0更改为输入：*（regptr）＆=〜7;编译为类似

    ldr     r2, [r3, #0]     ; r = *ptr (load r2 from I/O register)
    bic     r2, r2, #7       ; r2 &= ~7
    str     r2, [r3, #0]     ; *ptr = r2 (store r2 to I/O register)

问题是这样的：如果在加载和存储之间发生中断，并且另一个进程或ISR修改了相同的I / O寄存器，则存储操作（基于读入r2的陈旧）将还原该其他操作的效果。因此，更改这些I / O寄存器确实需要使用原子（锁定）读取/修改/写入操作来完成。我看到的示例未使用锁定操作。

由于这些I / O寄存器通常仅在设置某些内容时才更改，因此不太可能出现问题，但是“从不”总是比“不太可能”更好。另外，如果您有一个应用在其中要模拟集电极开路输出，那么（据我所知）这涉及将输出编程为0，然后在输出（低）或输入（ （高/低）。因此，在这种情况下，这些I / O寄存器会经常出现Mod，而不安全的修改将更可能引起问题。

因此，可能有一个ARM“比较并设置”或类似的操作可以在这里使用，有人可以指出这一点，以及如何通过C代码实现这一点？

[注意，当您将I / O编程为输出并将其从0更改为1或反之亦然时，不需要任何特殊操作；因为有一个您要写入的I / O寄存器，用于将选定的位设置为1，另一个用于将选定的位清除为0。此操作不需要读/写，因此没有中断的危险]。

我调查了一下，ARM有'ldrex和'strex'指令，如果ldrex失去了专有性（或可能已经丢失），则strex将返回失败结果，因为ldrex包括上下文切换（或另一个修改该上下文的处理器）在多处理器环境中注册）。因此可以使用它来完成；如果strex失败，您将循环，然后重新执行操作（使用新的ldrex）。

参考：http : //infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/ com.arm.doc.dht0008a/ ch01s02s01.html

下面的例程似乎可以在Raspberry Pi上运行（因为它们生成了我所期望的汇编程序；使用它们时对位的影响符合预期。我尚未验证它们可以防止上下文切换问题） 。请注意，这些是内联而不是函数，因此应将它们放在头文件中。

[ 编辑：这并不能正常工作为目的的讨论，似乎它以某种方式不允许。如果我在* addr是普通变量的情况下使用这些例程，则可以正常工作。当我在* addr指向映射的GPIO寄存器的地方使用它时，该过程会出现总线错误。（当我将ldrex / strex更改为ldr / str并禁用do循环时，它将起作用）。因此，似乎ARM独占监视器无法或未设置为在内存映射的I / O regs上运行，并且问题仍然悬而未决。]

//
// Routines to atomically modify 32-bit registers using ldrex and strex.
// 
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//  locked_bic_to_reg( volatile unsigned * addr, unsigned val )
//                 *addr &= ~val
//  locked_or_to_reg( volatile unsigned * addr, unsigned val )
//                 *addr |= val
//   locked_insert_to_reg( volatile unsigned * addr, unsigned val, int width, int pos )
//           insert 'width' lsbs of 'val into *addr, with the lsb at bit 'pos'.
//           Caller must ensure 1 <= width <= 32 and 0 <= pos < 32-width
//
//
static inline void
locked_bic_to_reg( volatile unsigned * addr, unsigned val )
{
    int fail;
    do{
        asm volatile ("ldrex r0,[%1]\n"
           "   bic r0,r0,%2\n"
           "   strex %0,r0,[%1]": "=r"(fail) : "r"(addr), "r"(val): "r0" );
    }while(fail!=0);
}
static inline void
locked_or_to_reg( volatile unsigned * addr, unsigned val)
{
    int fail;
    do{
        asm volatile ("ldrex r0,[%1]\n"
           "   orr r0,r0,%2\n"
           "   strex %0,r0,[%1]": "=r"(fail) : "r"(addr), "r"(val): "r0" );
    }while(fail!=0);
}

static inline void
locked_insert_to_reg( volatile unsigned * addr, unsigned val, int width, int pos )
{
    int fail;
    if(width >=32 ) {
        *addr = val;    // assume wid = 32, pos = 0;
    }else{
        unsigned m=(1<<width)-1;
        val = (val&m) << pos;   // mask and position
        m <<= pos;

        do{
            asm volatile ("ldrex r0,[%1]\n"
               "   bic r0,r0,%2\n"   /// bic with mask
               "   orr r0,r0,%3\n"    // or result
               "   strex %0,r0,[%1]": "=r"(fail) : "r"(addr), "r"(m), "r"(val): "r0" );
        }while(fail!=0);
    }
}