ARM指令之精髓DMB,DSB,ISB指令

2021-10-03 20:43:46 字數 1421 閱讀 5436

4.3.5 組合語言:指令隔離(barrier)指令和儲存器隔離指令

cm3 中的另一股新鮮空氣是一系列的隔離指令(亦可以譯成「屏障」、「路障」,可互換使用——譯者 注)。它們在一些結構比較複雜的儲存器系統中是需要的(典型地用於流水線和寫緩衝——譯者注)。在 這類系統中,如果沒有必要的隔離,會導致系統發生紊亂危象(race condition),(相當於數電中的「競爭 與冒險」——譯者注).

舉例來說,如果可以在執行時更改儲存器的對映關係或者記憶體保護區的設定,(通過寫 mpu 的寄存 器),就必須在更改之後立即補上一條 dsb 指令(資料同步指令)。因為對 mpu 的寫操作很可能會被放 到乙個寫緩衝中。寫緩衝是為了提高儲存器的總體訪問效率而設的,但它也有***,其中之一,就是 會導致寫記憶體的指令被延遲幾個週期執行,因此對儲存器的設定不能即刻生效,這會導致緊臨著的下一 條指令仍然使用舊的儲存器設定——但程式設計師的本意顯然是使用新的儲存器設定。這種紊亂危象是後患 無窮的,常會破壞未知位址的資料,有時也會產生非法位址訪問 fault。紊亂危象還有其它的表現形式, 後續章節會一一介紹。cm3 提供隔離指令族,就是要消滅這些紊亂危象(在有些講解計算機體系體系結 構的書中,這類紊亂危象也被稱為「儲存器相關」——譯註)。

cm3 中共有3 條隔離指令,如表4.27 所列

表4.27 隔離指令

指令名功能描述

dmb資料儲存器隔離。dmb 指令保證: 僅當所有在它前面的儲存器訪問操作

都執行完畢後,才提交(commit)在它後面的儲存器訪問操作。

dsb資料同步隔離。比 dmb 嚴格: 僅當所有在它前面的儲存器訪問操作

都執行完畢後,才執行在它後面的指令(亦即任何指令都要等待儲存器訪 問操作——譯者注)

isb指令同步隔離。最嚴格:它會清洗流水線,以保證所有它前面的指令都執

行完畢之後,才執行它後面的指令。

dmb 在雙口 ram 以及多核架構的操作中很有用。如果 ram 的訪問是帶緩衝的,並且寫完之後

馬上讀,就必須讓它「喘口氣」——用 dmb 指令來隔離,以保證緩衝中的資料已經落實到 ram 中。 dsb 比 dmb 更保險(當然也是有執行代價的),它是寧可錯殺也不漏網——清空了寫緩衝,使得任 何它後面的指令,不管要不要使用先前的儲存器訪問結果,通通等待訪問完成。大蝦們可以在有絕 對信心時使用 dmb,新手還是使用 dsb 比較保險。

同 dmb/dsb 相比,isb 指令看起來似乎最強悍,但是卻一身都是「愣勁」,不由分說就「動粗」。

不過它還有其它的用場——對於高階底層技巧:「自我更新」(self-mofifying)**,非常有用。舉例 來說,如果某個程式從下一條要執行的指令處更新了自己,但是先前的舊指令已經被預取到流水線 中去了,此時就必須清洗流水線,把舊版本的指令洗出去,再預取新版本的指令。因此,必須在被 更新**段的前面使用 isb,以保證舊的**從流水線中被清洗出去,不再有機會執行(譯者覺得 這種做法太工於技巧,有點「作秀」,現實程式設計中應該極少會用到,因此讀者不必太鑽它)。

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