Cortex-M4 ARM 汇编语言

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4.3.5 汇编语言：指令隔离(barrier)指令和存储器隔离指令

CM3 中的另一股新鲜空气是一系列的隔离指令（亦可以译成“屏障”、“路障”，可互换使用——译者 注）。它们在一些结构比较复杂的存储器系统中是需要的（典型地用于流水线和写缓冲——译者注）。在 这类系统中，如果没有必要的隔离，会导致系统发生紊乱危象（race condition），（相当于数电中的“竞争 与冒险”——译者注）.

举例来说，如果可以在运行时更改存储器的映射关系或者内存保护区的设置，（通过写 MPU 的寄存 器），就必须在更改之后立即补上一条 DSB 指令（数据同步指令）。因为对 MPU 的写操作很可能会被放 到一个写缓冲中。写缓冲是为了提高存储器的总体访问效率而设的，但它也有副作用，其中之一，就是 会导致写内存的指令被延迟几个周期执行，因此对存储器的设置不能即刻生效，这会导致紧临着的下一 条指令仍然使用旧的存储器设置——但程序员的本意显然是使用新的存储器设置。这种紊乱危象是后患 无穷的，常会破坏未知地址的数据，有时也会产生非法地址访问 fault。紊乱危象还有其它的表现形式， 后续章节会一一介绍。CM3 提供隔离指令族，就是要消灭这些紊乱危象（在有些讲解计算机体系体系结 构的书中，这类紊乱危象也被称为“存储器相关”——译注）。

CM3 中共有3 条隔离指令，如表4.27 所列

表4.27 隔离指令

指令名

功能描述

DMB

数据存储器隔离。DMB 指令保证： 仅当所有在它前面的存储器访问操作

都执行完毕后，才提交(commit)在它后面的存储器访问操作。

DSB

数据同步隔离。比 DMB 严格： 仅当所有在它前面的存储器访问操作

都执行完毕后，才执行在它后面的指令（亦即任何指令都要等待存储器访 问操作——译者注）

ISB

指令同步隔离。最严格：它会清洗流水线，以保证所有它前面的指令都执

行完毕之后，才执行它后面的指令。

DMB 在双口 RAM 以及多核架构的操作中很有用。如果 RAM 的访问是带缓冲的，并且写完之后

马上读，就必须让它“喘口气”——用 DMB 指令来隔离，以保证缓冲中的数据已经落实到 RAM 中。 DSB 比 DMB 更保险（当然也是有执行代价的），它是宁可错杀也不漏网——清空了写缓冲，使得任 何它后面的指令，不管要不要使用先前的存储器访问结果，通通等待访问完成。大虾们可以在有绝 对信心时使用 DMB，新手还是使用 DSB 比较保险。
同 DMB/DSB 相比，ISB 指令看起来似乎最强悍，但是却一身都是“愣劲”，不由分说就“动粗”。

不过它还有其它的用场——对于高级底层技巧：“自我更新”(self-mofifying)代码，非常有用。举例 来说，如果某个程序从下一条要执行的指令处更新了自己，但是先前的旧指令已经被预取到流水线 中去了，此时就必须清洗流水线，把旧版本的指令洗出去，再预取新版本的指令。因此，必须在被 更新代码段的前面使用 ISB，以保证旧的代码从流水线中被清洗出去，不再有机会执行（译者觉得 这种做法太工于技巧，有点“作秀”，现实编程中应该极少会用到，因此读者不必太钻它）。

FreeRTOS eg:

__asm void prvStartFirstTask( void )
{
PRESERVE8


/* Use the NVIC offset register to locate the stack. */
ldr r0, =0xE000ED08
ldr r0, [r0]
ldr r0, [r0]
/* Set the msp back to the start of the stack. */
msr msp, r0
/* Globally enable interrupts. */
cpsie i /*Change Processor Status Int Enable  IRQ*/
cpsie f /*Change Processor Status Int Enable  FIQ*/
dsb
isb
/* Call SVC to start the first task. */
svc 0
nop
nop
}