原子操作的实现 ARM的SWP和LDREX STREX指令

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 <Rt>,[Rn]

STREX <Rd>,<Rt>,[Rn] ；STREX成功，Rd置0

 

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。

 

Rockie Cheng