Сброс одного флага через |= сбросил все

Со стороны C правило уже, чем его обычно помнят. Про E1 |= E2 стандарт говорит, что от E1 = E1 | E2 оно отличается только тем, что E1 вычисляется один раз. С volatile E1 это всё равно одно чтение и одна запись, два доступа, и стандарт требует, чтобы оба произошли. Он не требует, чтобы это была одна инструкция, и ничего не говорит об атомарности. Так что чтение, изменение и запись здесь - ровно то, чего просит язык, и никакая настройка компилятора не превратит их в простую запись, которая нужна регистру.

Да, и одна инструкция тоже не спасёт. Обычная ловушка - бит-бэндинг на Cortex-M3. Запись в псевдоним бита в коде выглядит как одна запись, а шина всё равно читает и пишет слово целиком, так что остальные флаги сбрасываются точно так же. Исправлять надо в исходнике. Пишите маску через =, а для регистров со смешанными типами флагов сначала сверьтесь в справочном руководстве с типом доступа каждого бита.

Забавно. Попробовал мысленно сдвинуть время. Приёмная сторона взводит новый флаг ошибки после ldr, но до str. Чтение его не видело, этот бит уходит обратно как 0, а запись 0 ничего не делает, так что новый флаг выживает. Выходит, вариант с |= теряет ровно те флаги, что уже были взведены, и сохраняет пришедшие внутри окна? Почти наоборот тому, что я бы угадал, безвредной оказывается как раз гонка.

Для битов со сбросом записью единицы ваше прочтение верно. Новый флаг выживает в обоих вариантах. Но у простой записи есть своя цена, и она зависит от остального регистра. UART_SR = SR_ORE пишет 0 во все остальные биты. Это безвредно, только если каждый из них запись 0 игнорирует. Если в том же регистре есть обычное поле для чтения и записи, например бит включения или режима, простая запись его сбросит. В справочном руководстве для каждого бита указан тип доступа, и запись корректна только после того, как каждый бит регистра сверен с ним.

Та же операция чтения, изменения и записи встречается ещё в одной форме, потому что карты регистров часто пишут структурами. Запись в битовое поле volatile-структуры - это доступ к единице хранения, в которой оно лежит, так что на практике компилятор читает эту единицу, меняет биты и пишет её обратно. Все флаги со сбросом записью единицы в этой единице сбрасываются вместе с ним. Кроме того, стандарт оставляет порядок размещения битовых полей внутри единицы на усмотрение реализации, и это вторая причина держать битовые поля подальше от описаний регистров и работать масками по volatile uint32_t.