ARM中的临界区

Question

我有在AVR处理器家族上实现关键段的经验，在这种情况下，您只需要禁用中断（当然要使用内存屏障），执行关键操作，然后重新启用中断：

void my_critical_function()
{
   cli();  //Disable interrupts
   // Mission critical code here
   sei();  //Enable interrupts
}

现在我的问题是：

这种简单的方法是否也适用于ARM处理器架构？我听说过处理器预先查找指令和其他黑科技，主要想知道这些类型的东西是否会对这个关键部分的实现造成问题。

- DarthRubik

Answer 1

Assuming you're on a Cortex-M processor, take a look at the LDREX and STREX instructions, which are available in C via the __LDREXW() and __STREXW() macros provided by CMSIS (the Cortex Microcontroller Software Interface Standard). They can be used to build extremely lightweight mutual exclusion mechanisms.

Basically,

如果您使用的是Cortex-M处理器，请查看CMSIS提供的__LDREXW()和__STREXW()宏，以通过LDREX和STREX指令构建非常轻量级的互斥机制。

data = __LDREXW(address)

它的工作方式类似于data = *address，但它在CPU中设置了“独占访问标志”。当您完成操作数据后，请使用它进行写回。

success = __STREXW(address, data)

这个函数类似于 *address = data，但只有在独占访问标志仍然设置的情况下才能成功写入。如果它成功写入，则还会清除该标志。它返回0表示成功，返回1表示失败。如果 STREX 失败，则必须返回到 LDREX 并重试。

对于共享变量的简单独占访问，不需要做其他处理。例如：

do {
  data = LDREX(address);
  data++;
} while (STREXW(address, data));

这个机制有趣的地方在于它实际上是“后来居上”的；如果这段代码被中断，且中断使用了LDREX和STREX，那么STREX中断将会成功，而低优先级的用户代码将不得不重试。

如果您正在使用操作系统，则可以使用相同的基元构建“适当的”信号量和互斥量（例如，请参见此应用说明）；但是如果您正在使用操作系统，则可能已经通过其API访问了互斥量！

- cooperised

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很酷......我正在使用C++（使用模板包装器）创建自己的原子数据类型，我可以将其提供为另一个后端，以便我可以混合和匹配实现..... - DarthRubik

很酷。它们替换了旧的32位ARM指令集中的SWP指令，该指令执行原子加载/存储（类似的功能在其他平台上也可用）。但是，LDREX/STREX对内存总线更加友好，这无论如何都是好事，但如果您有多个处理器共享总线，则开始变得非常重要。在我看来，这是一个巧妙的设计。 - cooperised

使用ldrex和strex指令来保护关键部分的方法是有效的，也是最好的方法。但是，如果您想通过禁用和重新启用中断来保护关键部分，则应在禁用中断之前添加内存屏障指令。该指令告诉CPU从禁用中断的点停止乱序执行。如果没有屏障指令，代码可能无法按预期运行。这仅适用于像Cortex-M这样为了更好的性能而重新排序指令的处理器。 - SRK

Answer 2

ARM架构非常广泛，根据我的理解您可能是指ARM Cortex M微控制器。您可以使用这种技术，但许多ARM微控制器提供更多功能。由于我不知道实际的硬件，所以只能给您一些例子：

1. 位带区域。在这个内存区域中，您可以以原子方式设置和重置位。 2. 硬件信号量（STM32H7） 3. 硬件MUTEX（一些NXP微控制器）

等等。

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