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

之前面试的时候也遇到过这个问题，但是没有得到反馈。

由于它是一个寄存器，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() 中，并将其相应地转移到 64 位缓冲区。我们假设这是小端架构。

我在 repl.it 上编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​​于代码序列而变化的 I/O 寄存器发生变化。

通常，当两个大于架构宽度的硬件寄存器之间需要数据一致性时，硬件数据表或参考手册将建议如何读取数据 - 通常通过指定必须读取寄存器才能与硬件一起工作的顺序使其“安全”的机制。

在其他情况下，该方法可能由寄存器的性质及其功能/行为决定。例如，如果您有两个 32 位定时器/计数器，其中一个溢出会触发另一个递增，形成一个 64 位计数器，那么很明显，只有当低位计数器溢出时，高位计数器才会改变。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;

因此，如果在读取高位寄存器后低位寄存器没有换行，则数据必须一致，并且循环退出。如果已经换行，则数据可能不一致，必须重新读取。