stm32中优先使用原子操作的具体实现方式

在STM32中，优先使用的原子操作主要包括‌位带操作 ‌、‌LDREX/STREX指令 ‌以及‌CMSIS提供的原子操作宏‌，以下是具体实现方式‌12：

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1. ‌**位带操作（Bit-Banding）**‌

通过硬件直接对单个比特进行原子读写，适用于GPIO或寄存器位操作‌1：

#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000) + 0x2000000 + ((addr & 0xFFFFF) << 5) + (bitnum << 2))
#define MEM_ADDR(addr)  *((volatile uint32_t *)(addr))

// 原子设置GPIOB的PIN5为高电平
MEM_ADDR(BITBAND(&GPIOB->ODR, 5)) = 1;

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2. ‌LDREX/STREX指令‌

基于Cortex-M的独占访问指令，适用于共享变量修改‌23：

volatile uint32_t shared_var = 0;

void atomic_increment(void) {
    uint32_t val;
    do {
        val = __LDREXW(&shared_var);  // 独占加载
        val += 1;
    } while (__STREXW(val, &shared_var));  // 独占存储，失败则重试
    __CLREX();  // 清除独占标记
}

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3. ‌CMSIS原子操作宏‌

CMSIS库提供的封装宏，如ATOMIC_SET_BIT和ATOMIC_MODIFY_REG‌24：

#include "core_cm4.h"

// 原子设置USART1的CR1寄存器第3位
ATOMIC_SET_BIT(USART1->CR1, USART_CR1_TXEIE);

// 原子修改TIM2的CCER寄存器
ATOMIC_MODIFY_REG(TIM2->CCER, TIM_CCER_CC1E, 0x1);

#include "core_cm4.h"

// 原子设置USART1的CR1寄存器位
ATOMIC_SET_BIT(USART1->CR1, USART_CR1_TXEIE);

// 原子修改变量
uint32_t val = 0;
ATOMIC_MODIFY_REG(val, 0xFF, 0x55);  // 将低8位改为0x55

4. ‌GPIO的BSRR寄存器‌

通过置位/复位寄存器实现GPIO的原子操作‌1：

// 原子设置PB5高电平、PB6低电平
GPIOB->BSRR = (1 << 5) | (1 << (6 + 16));

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‌临界区保护

HAL库提供__disable_irq()和__enable_irq()函数，可临时禁用中断实现原子性‌

volatile uint32_t counter = 0;

void atomic_increment(void) {
    __disable_irq();  // 进入临界区
    counter++;        // 原子操作
    __enable_irq();   // 退出临界区
}

代码实现示例

以下是一个综合示例，展示原子操作在多线程环境中的应用‌35：

atomic_ops.c

已完成

此代码演示了计数器原子递增和GPIO标志位原子设置，适用于中断与主程序共享数据的场景‌1

#include "stm32f4xx.h"
#include "core_cm4.h"

volatile uint32_t counter = 0;

// 使用LDREX/STREX原子递增
void atomic_counter_inc(void) {
    uint32_t val;
    do {
        val = __LDREXW(&counter);
        val++;
    } while (__STREXW(val, &counter));
    __CLREX();
}

// 使用CMSIS宏原子设置标志位
void atomic_flag_set(volatile uint32_t *reg, uint32_t bit) {
    ATOMIC_SET_BIT(*reg, bit);
}

int main(void) {
    atomic_counter_inc();
    atomic_flag_set(&GPIOA->ODR, 5);
    return 0;
}

#include "stm32f4xx.h"
#include "core_cm4.h"

volatile uint32_t global_var = 0;  // 待修改的全局变量

void atomic_write(uint32_t new_value) {
    uint32_t current_val;
    do {
        current_val = __LDREXW(&global_var);  // 独占加载当前值
    } while (__STREXW(new_value, &global_var));  // 尝试写入新值，失败则重试
    __CLREX();  // 清除独占标记（防止后续LDREX受影响）
}

int main(void) {
    atomic_write(0x12345678);  // 原子写入新值
    while(1);
}