如何僅使用 32 位元原子高效實現 64 位元原子計數器？

使用32 位元原子實作64 位元原子計數器

在嵌入式系統中，僅使用32 位元原子建立64 位元原子計數器位元原子通常是必要的。一種常見的方法是利用生成計數，並將最低有效位元用作讀鎖。然而，問題是是否有其他潛在的方法以及建議的實現是否是最佳的。

替代方法

建議的實作是可行的方法，但有可以考慮的替代方法：

• SeqLock 模式： 此技術利用單調增加的世代計數，奇數和偶數交替出現。讀取器旋轉，直到產生計數穩定且讀取鎖定位（最低有效位）未設定。此方法在具有多個讀取器但只有一個寫入器的場景中提供了改進的效能。
• 直接 64 位元原子操作： 雖然不太常見，但某些系統可能本身支援 64 位元原子操作。在這種情況下，直接對 64 位元計數器的兩半使用原子操作可以消除對鎖或序列計數器的需要。

設計注意事項

關於所提供的實現，有幾個方面可以優化：

• 用於生成計數的原子讀-修改-寫入(RMW)： 可以使用純加載和存儲來代替對生成計數使用原子RMW 營運發布訂單。此變更減少了與 RMW 操作相關的開銷。
• 有效負載的原子增量：沒有必要利用原子 RMW 來增量有效負載；純粹的加載、增量和存儲就足夠了。此修改進一步減少了維護計數器的開銷。

其他注意事項

• ARM 載入對指令： 一些ARM 架構支援高效率的載入對指令（例如ldrd或ldp），可以同時載入64 位元值的32 位元一半。利用這些指令可以提高效能。
• 編譯器最佳化：編譯器可能不會總是為 uint64_t 等大型結構上的原子操作產生最佳程式碼。避免對此類結構的原子訪問，而使用 volatile 關鍵字和記憶體屏障可以產生更有效率的程式碼。

結論

使用 32 位元原子建構 64 位元原子計數器的建議技術是合適的，特別是在具有單一寫入器和多個讀取器的場景中。但是，其他選項（例如 SeqLock 模式或直接 64 位元原子操作）可能更適合特定情況。透過解決概述的設計注意事項並探索其他優化，程式設計師可以進一步提高其實現的效率。

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