ThreadX内核源码分析(SMP) - 核间通信(arm)

Posted 2022-11-26 arm7star

1、ThreadX核间通信介绍

        多核情况下，一个核可能改变另外一个核的执行状态，例如一个核挂起另外一个核正在执行的线程，如果没有机制通知另外一个核该线程被挂起的话，那么被挂起的线程就感知不到自己被挂起了；ThreadX内核使用SGI中断，从一个核发送一个中断信号到目的核上去，从而使另外一个核产生中断，另外一个核就会去检查状态变化，例如是否要重新调度(别的核改变了该核需要执行的线程)。

2、发生SGI中断

        参考《ARMv8-A_Architecture_Reference_Manual_(Issue_A.a).pdf》"D8.6.28 ICC_SGI1R_EL1, Interrupt Controller Software Generated Interrupt group 1 Register
"。

        ICC_SGI1R_EL1寄存器如下，24~27位为中断ID(SGIID)，0~15位为目标cpu，每一位代表一个cpu:

 ThreadX内核使用0号中断进行核间通信，发送核间中断函数为"void _tx_thread_smp_core_preempt(UINT core)"，参数core即为目标cpu id，_tx_thread_smp_core_preempt只给一个核发送中断，实现代码如下：

    .global  _tx_thread_smp_core_preempt
    .type    _tx_thread_smp_core_preempt, @function
_tx_thread_smp_core_preempt:
    DSB ISH
#ifdef TX_ARMV8_2
    MOV x2, #0x1                                // Build the target list field
    LSL x3, x0, #16                             // Build the affinity1 field
    ORR x2, x2, x3                              // Combine the fields
#else
    MOV x2, #0x1                                //
    LSL x2, x2, x0                              // Shift by the core ID // x2 = 1 << core
#endif
    MSR ICC_SGI1R_EL1, x2                       // Issue inter-core interrupt
    RET

简化成c代码就是“ICC_SGI1R_EL1 = 1 << core”，只设置了target list，因为_tx_thread_smp_core_preempt发送的是0号中断，因此SGIID默认0即可。

下图所示为从核2发送中断到核3，左上角窗口的"ARM_Cortex-A72_2 #2 stoped on stepi"为当前调试的核，也就是单步执行指令的核，右上角窗口显示的是当前核的寄存器列表，x0也就是_tx_thread_smp_core_preempt的参数0(core)，core就是3，也就是要从核2发送中断到核3:

3、IRQ中断处理

        ThreadX的中断处理函数为irqHandler，ThreadX官网提供的样例只处理了核间中断和定时器中断，有这两个中断就可以让ThreadX内核正常运行起来。irqHandler主要就是读取中断号，找到对应的中断处理函数并调用中断处理函数，中断响应，代码如下:

void irqHandler(void)

  unsigned int ID;

  ID = getICC_IAR1(); // readIntAck();

  // Check for reserved IDs
  if ((1020 <= ID) && (ID <= 1023))
  
      //printf("irqHandler() - Reserved INTID %d\\n\\n", ID);
      return;
  

  switch(ID)
  
    case 34: // 定时器中断(34)，线程时间片以及应用程序定时器需要用到
      // Dual-Timer 0 (SP804)
      //printf("irqHandler() - External timer interrupt\\n\\n");
      nudge_leds();
      clearTimerIrq(); // 清除中断

      /* Call ThreadX timer interrupt processing.  */
      _tx_timer_interrupt(); // 定时器中断处理函数

      break;

    default: // 其他中断不处理(返回)
      // Unexpected ID value
      //printf("irqHandler() - Unexpected INTID %d\\n\\n", ID);
      break;
  

  // Write the End of Interrupt register to tell the GIC
  // we've finished handling the interrupt
  setICC_EOIR1(ID); // writeAliasedEOI(ID); // 中断结束

        核间中断走的是default分支，没有对应的处理函数，真正起作用的是在中断返回的时候检查是否需要重新调度，发送核间中断的作用基本就是为了让目标cpu重新调度；在整个代码中可以看到，在调用_tx_thread_smp_core_preempt函数之前，基本都是改变了_tx_thread_execute_ptr[i]，i为目标cpu，_tx_thread_smp_core_preempt及发送到id为i的cpu上面去。

        如下图所示，_tx_thread_current_ptr[3]为核3上面正在运行的线程(核2挂起的线程，核2只是把该线程的状态等改变了，但是并没有让该线程退出执行)，_tx_thread_execute_ptr[3]为下一个要执行的线程(核2挂起核3上正在执行的线程，选择核3上下一个需要调度的线程，并设置_tx_thread_execute_ptr[3])，在SGI中断退出的时候，检查到_tx_thread_execute_ptr[3]与_tx_thread_current_ptr[3]不相等，就会保存_tx_thread_current_ptr[3]的上下文，也就是将_tx_thread_current_ptr[3]换出cpu，从而真正将线程_tx_thread_current_ptr[3]挂起。

 4、中断恢复

        不管是SGI还是普通中断，中断退出时都会检查是否需要重新调度线程，SGI一般都是为了重新调度，普通中断也可能触发重新调度，所以中断退出都要检查一下是否需要重新调度，主要实现如下图，x8是cpu ID(当前是3)，x0是核上当前执行的线程，x2是当前核下一个需要调度的线程，也就是上一小结的_tx_thread_execute_ptr[3]、_tx_thread_current_ptr[3]，如果不相等就要进行线程切换，需要调度_tx_thread_execute_ptr[3]。