2020年01月19日 | ARM命令LDREX和STREX实现spinlock

2020-01-19 来源：eefocus

在 include/asm-arm/spinlock.h 下有這麼一段

#if __LINUX_ARM_ARCH__ < 6
#error SMP not supported on pre-ARMv6 CPUs
#endif

好啦，前提就是：只有 ARM core 版本 >=6 才可以繼續：

all spin lock primitives 到最後都是使用下面這個基本型：

static inline void __raw_spin_lock(raw_spinlock_t *lock)
{
    unsigned long tmp;

1      __asm__ __volatile__(
2"1:    ldrex    %0, [%1]n"
3"    teq    %0, #0n"
4"    strexeq    %0, %2, [%1]n"
5"    teqeq    %0, #0n"
6"    bne    1b"
7   : "=&r" (tmp)
8 : "r" (&lock->lock), "r" (1)
9 : "cc");

    smp_mb();
}

[指令重點]:

ldrex 指令是 core 6 以後才有的，跟 strex 配成一對指令，可以請 bus 監控從 ldrex 到 strex 之間有無其他的 CPU 或 DMA 來存取這個位址，若有的話，strex 會在第一個 register 裡設定值為 1(non-exclusive by this CPU) 並且令 store 動作失敗，若沒有，strex 會在第一個 register 裡設定值為 0(exclusive access by this CPU) 並且令 store 動作成功。

Code Trace Discussion:

Line 1: __volatile__ 告訴 compiler ，不要對這塊 assembly template 做最佳化動作，因為我們裡面有 loop 讀取 memory 動作，最佳化的結果可能導致 compiler 用一個 register 來 cache 它的值，不會老老實實的去讀 memory... 呵呵，這不是我們想要的動作喔！

Line 2: 把 lock 讀到 tmp，並請 bus monitor 這個 memory

Line 3: 測試 lock 是否為 0，若非 0，表示 lock 已經被別人取得了，則 Line 4,5 都不做了，然後 Line 6 一定 branch，做 spin 的動作。若為 0，表示有機會取得 lock，繼續做 Line 4.5.

Line 4: 重點來了！，核對 bus monitor 的結果，若是exclusive access 則 tmp 設為 0 並且把 1 儲存到 lock，若是 non-exclusive access（有其他 CPU 來動過) 則 tmp設為 1並且不做儲存 lock 的動作。

Line 5: 測試 tmp

Line 6: 若 tmp 為 0 表示剛剛對 lock 動作是 exclusive，可以離開迴圈，若 tmp 為 1，則做 spin 動作。

Line 7: tmp 用 register 來操作，同時是 input 及 output 令它為 %0

Line 8: &lock->lock 用 register 來操作，令它為 %1，值 1 用用 register 來操作，令它為 %2

Line 9: 此 template 會改到 condition code，加入 clobber list 以告訴 compiler 有這回事

好了，終於看完了，真的很佩服那些 coding 的 kernel hackers ....

思考問題： ARM v6 以前有個 SWP 指令可以 lock bus and swap memory ，一樣可以用來完成 exclusive access ，但是比起 ldrex,strex 這對指令有什麼缺點呢？

ANS：用滑鼠反白下幾行

ARM命令 LDREX STREX spinlock

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