1 什么是讀-改-寫操作

“讀-改-寫”（Read-Modify-Write，簡稱RMW）是一種常見的操作模式，它通常用于需要更新數據的場景。

這個模式包含三個基本步驟：

• 1.讀（Read）：首先讀取當前的數據。

• 2.改（Modify）：根據需要對數據進行修改。

• 3.寫（Write）：將修改后的數據寫回原來的位置。

2 應用領域

"讀-改-寫"操作是一種基本的數據處理模式，廣泛應用于多個領域，以下是一些主要的應用領域：

• 1.計算機硬件：在硬件設計中，RMW操作常用于對寄存器或內存位置進行位級控制，比如配置I/O端口、設置中斷標志等。

• 2.嵌入式系統：在微控制器（MCU）編程中，RMW操作用于對硬件寄存器進行精確控制，以實現對硬件設備的配置和管理。

• 3.操作系統：操作系統內核中，RMW操作用于實現對共享資源的同步和互斥控制，例如，使用原子操作來更新計數器或狀態標志。

• 4.數據庫管理：在數據庫系統中，RMW操作用于事務處理，確保數據的一致性和完整性。例如，更新記錄時，數據庫引擎會先讀取舊值，修改后寫回新值。

• 5.網絡通信：在網絡協議棧中，RMW操作可能用于更新網絡設備的狀態或配置，如路由器或交換機的設置。

• 6.并發編程：在多線程或多進程編程中，RMW操作是實現線程安全的關鍵技術之一，用于避免競態條件和數據競爭。

• 7.圖形用戶界面（GUI）編程：在GUI開發中，RMW操作可能用于更新界面元素的狀態，如按鈕的啟用/禁用狀態。

• 8.游戲開發：在游戲編程中，RMW操作用于實時更新游戲狀態，如玩家的位置、得分等。

• 9.固件開發：固件是嵌入式系統中的低級軟件，RMW操作在固件中用于硬件初始化和配置。

• 10.文件系統：文件系統中，RMW操作用于更新文件元數據或目錄結構，同時保持文件系統的一致性。

• 11.內存管理：在計算機內存管理中，RMW操作用于更新內存分配表，以跟蹤內存使用情況。

• 12.硬件抽象層（HAL）：在硬件抽象層編程中，RMW操作用于與硬件設備進行交互，如配置外設。

• 13.實時系統：在需要快速響應的實時系統中，RMW操作用于快速更新系統狀態，以滿足實時性要求。

• 14.分布式系統：在分布式系統中，RMW操作可能用于同步不同節點的狀態，以保持數據的一致性。

RMW操作是確保數據一致性和系統穩定性的關鍵，無論是在硬件層面還是在軟件層面，它都是實現精確控制和同步的基本手段。

3 嵌入式系統中的讀-改-寫

RMW操作在MCU中的一些應用場景：

• 1.位操作：MCU的寄存器通常具有特定的位用于控制硬件行為。

• 2.中斷標志位：在處理中斷時，MCU可能需要清除中斷標志位以防止同一中斷再次觸發。

• 3.配置寄存器：在初始化MCU時，可能需要配置多個寄存器以設置時鐘、電源管理、通信接口等。

• 4.內存映射的外設：某些外設，如LCD控制器或ADC（模擬數字轉換器），可能通過內存映射的方式與MCU交互。

• 5.臨界區保護：在多任務或中斷驅動的系統中，保護臨界區（critical section）以防止數據競爭或不一致，可能需要使用原子操作或禁用中斷來進行RMW操作。

• 6.位帶操作：一些MCU提供了位帶操作的指令，這些指令可以直接對內存或寄存器的特定位進行操作，而不需要完整的RMW周期。

3.1 配置寄存器

以配置寄存器為例子，“讀-改-寫”操作可以分解為以下步驟：

• 1.先把寄存器讀到臨時變量里

• 2.用|=、&=的操作，改變臨時變量的指定幾位

• 3.把臨時變量寫回到寄存器里

// 這是固件庫函數中設置窗口看門狗窗口時間的函數，就運用了”讀-改-寫“操作
void WWDG_SetWindowValue(uint8_t WindowValue)
{__IO uint32_t tmpreg = 0;/* Check the parameters */assert_param(IS_WWDG_WINDOW_VALUE(WindowValue));/* Clear W[6:0] bits *//* 1.把寄存器讀到臨時變量里 */tmpreg = WWDG->CFR & CFR_W_Mask;/* 2.用|=、&=的操作，改變臨時變量的指定幾位 *//* Set W[6:0] bits according to WindowValue value */tmpreg |= WindowValue & (uint32_t) BIT_Mask;/* 3.把臨時變量寫回到寄存器里 *//* Store the new value */WWDG->CFR = tmpreg;
}

優勢：

• 1.可以單獨改變寄存器的某幾位，而不影響其他位的值

• 2.如果連續更改多次不同的位，這樣操作效率比較高

• 3.所有更改的位在最終寫回到寄存器時同時生效