早期的ARM指令集(V6前)提供SWP指令,该指令可原子交换寄存器和内存数据,用于实现信号量操作。
如下面这个例子:
sem_wati:
MOV R1,#0
LDR R0,=SEM
SWP R1,R1,[R0] ;取出信号量,并设置其为0
CMP R1,#0 ;判断是否有信号
BEQ sem_wait ;若没有信号,则等待
SWP指令的缺点是会lock总线,影响系统性能。
新的ARM指令(V6、V7)采用LDREX和STREX指令替换了SWP指令,可以实现对共享内存的非阻塞同步。
LDREX
STREX ,
新指令的例子:
lock_mutex
LDREX r1,[r0] ; 检查是否lock
CMP r1,#LOCK ; 和LOCK比较,LOCK是0
BEQ lock_mutex ; 相等说明被锁定,自旋
MOV r1,#LOCK ; 不相等,加锁
STREX r2,r1,[r0] ; 尝试将r1写入锁
CMP r2,#0x0 ; 判断是否加锁成功(可能出现竞争导致加锁失败)
BNE lock_mutex ; 如果不成功,从头判断
DMB ; 内存屏障保证前面操作成功
BX lr ; 返回
ulock_mutex
DMB ; 内存屏障,保证安全访问
MOV r1,#UNLOCKED ; 解锁
STR r1,[r0] ;
BX lr ;
LDREX和STREX是通过ARM内核的一个叫Exclusive Monitor的机制实现的,EM是一个状态机。
LDREX指令将Monitor置为Exclusive状态,STREX指令将Exclusive状态置回为Open状态,由此保证访问的唯一性。
但是在进程切换时,可能导致EM被打乱,因此需要执行CLREX指令,清除Exclusive Monitor。
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