【ARMv8/v9 异常模型入门及渐进 10 -- WFI 与 WFE 使用详细介绍 1】
请阅读【ARMv8/v9 ARM64 System Exception】
文章目录
- WFI 与 WFE
- 等待事件（WFE）
- 发送事件（SEV）
- 本地发送事件（SEVL）
- WFE 唤醒事件
- WFE 使用场景举例与代码实现
- wfe睡眠函数
- sev 事件唤醒函数
- 全局监视器和自旋锁
WFI 与 WFE
ARMv8架构提供了几个与事件相关的指令，包括等待事件（WFE）、发送事件（SEV）和本地发送事件（SEVL），这些指令有助于减少因处理器元素（PE，Processor Element）反复尝试获取自旋锁（spin-lock）而导致的功耗和总线竞争。这些指令在应用层面上是可用的，但要完全理解它们的行为，需要系统级别的异常处理知识。下面详细介绍这三个指令的功能及其对系统性能优化的影响。
等待事件（WFE）
WFE指令使得一个处理器元素可以进入低功耗状态，直到发生以下情况之一：
- 发生了一个异常。
- 接收到一个事件信号。
- 如果存在外部中断，处理器也可能被唤醒，即使这个中断最终被处理器的状态所屏蔽。
WFE指令通常用于自旋锁等待循环中，允许处理器在等待锁释放的时候降低功耗。
发送事件（SEV）
SEV指令用于在同一系统中的一个或多个处理器元素之间发送事件信号。当一个处理器执行SEV指令时，它将触发系统中所有正在执行WFE指令等待事件的处理器元素退出等待状态。 在自旋锁释放后使用SEV指令可以唤醒等待该锁的其他处理器元素，这有助于减少等待时间和功耗。
关于spin_lock与独占访问的关系推荐阅读：
【ARM AMBA AXI 入门 7 - AXI 协议中的独占访问 使用背景介绍】
【ARM AMBA AXI 入门 6 - AXI3 协议中的锁定访问之AxLOCK信号】
本地发送事件（SEVL）
SEVL指令与SEV类似，但它只确保发出事件信号的处理器元素本身在下一次执行WFE指令时立即返回，而不进入等待状态。这有助于优化特定的同步模式，其中处理器元素可能需要在检查某个条件后立即继续执行，而不是等待。
WFE 唤醒事件
WFE（Wait For Event）指令让处理器进入等待状态，直到发生特定的唤醒事件（Wake-up Events）。这些事件可以来自多种不同的源，以下介绍了在AArch64状态下可以触发WFE指令唤醒处理器的事件：
- 执行SEV指令：在多处理器系统中，任何处理器元素（PE）执行
SEV（Send Event）指令都可以作为一个唤醒事件。SEV指令用于在PE之间发送全局事件信号。 - 物理SError中断、IRQ中断或FIQ中断：如果PE收到物理SError中断、IRQ（Interrupt Request）中断或FIQ（Fast Interrupt Request）中断，并且该中断没有被EDSCR.INTDIS（一个调试寄存器的一部分，用于禁用中断）禁用，那么这个中断会作为一个唤醒事件。
- 异步外部调试请求：如果允许暂停执行（Halting），那么一个异步外部调试请求也可以作为一个唤醒事件。这种情况通常与调试过程有关。
- 由处理器元素的定时器事件流发送的事件：处理器元素的定时器可以配置为在特定时间点发送事件，这些事件也能唤醒处于WFE等待状态的PE。
- 全局监视器清除造成的事件：当PE的全局监视器从独占访问状态变为开放访问状态时，会生成一个事件，这也可以唤醒等待的PE。
- 由某些实现定义机制发送的事件：特定的硬件实现可能提供了其他机制来生成唤醒事件，这些机制依赖于具体的硬件设计和配置。
- 实现FEAT_WFXT特性时的本地超时事件：当实现了FEAT_WFXT特性，并且使用
WFET指令时，如果虚拟计数器阈值（在CNTVCT_EL0寄存器中表示）被等于或超过，就会产生本地超时事件作为唤醒事件。
WFE 使用场景举例与代码实现
这里以 多核系统中主核 core0 启动后去唤醒处于睡眠状态的从核 core1 为例 并测试。
首先使用汇编代码实现 sev和wfe 的调用函数：
wfe睡眠函数
func enter_wfewferet
endfunc enter_wfe
sev 事件唤醒函数
func arm_sevsevret
endfunc arm_sev
从核启动函数(截取部分)
...log_debug("\rcore%d run wfe then goto sleep\n", coreid_get());enter_wfe ();log_debug("\rcore%d wakeup from wfe\n", coreid_get());enter_wfe ();
- 场景是主核core0先启动，然后使用命令手动去启动从核core1, core1 启动后后面执行到
enter_wfe之后就会睡眠， - 然后主核执行
sev指令来唤醒从核，然后从核醒后执行一句打印，然后再去执行enter_wfe继续睡眠。
全局监视器和自旋锁
ARMv8架构中引入了全局监视器的概念，当处理器元素（PE）的全局监视器从独占访问状态变为开放访问状态时，会自动生成一个事件。这相当于在PE上执行了SEVL指令。因此，当一个PE释放自旋锁时，不再需要在代码中显式包含SEV指令来唤醒等待锁的其他PE，系统会自动生成相应的事件，
这简化了编程模型并有助于提高效率。 这种机制特别适用于多核处理器环境中的同步问题，可以减少因PE反复尝试获取自旋锁而导致的功耗和总线竞争，进而提升系统性能和能效。