ARM 皮质：使用位带的互斥体

Question

鉴于此，在 ARM Cortex M3 上，我可以：

• 原子地读取单个位
• 原子地设置单个位
• 原子地清除单个位

如何将这些组合起来以形成互斥体样式的操作集：

try lock
take lock
release lock

似乎 try_lock 或 take_lock 需要两个非原子操作。

我需要更多的控制来实现这一目标吗？禁用全局中断可以做到这一点，但似乎应该有一种更外科手术的方法。

Answer 1

如果调用时已持有锁，则 rwl_TryLock() 不一定会返回失败（编译器应该至少给出有关没有返回值的代码路径的警告）。尝试以下操作：

int rwl_TryLock(volatile uint32_t *lock, int who){

    Var_SetBit_BB((uint32_t)lock, who);
    if(*lock == (1<<who)){ // check that we have exclusive access
        // got the lock!
        return 1;
    } 

    // do not have the lock
    Var_ResetBit_BB((uint32_t)lock, who); // clear the lock flag
    return 0;
}

请注意，上述方法不适用于递归地声明相同的锁（即，如果 who == 1 指定的任务已经拥有该锁并尝试再次声明它，则代码上面将无法正常工作），但您的原始版本也是如此。

此外，可以很快地在 Cortex M3 上禁用/启用中断（这是对 NVIC 寄存器的简单更新）。您确定您的系统不能忍受额外的几个中断延迟周期来保持处理锁数据结构的代码简单（这通常意味着更容易正确）？

Answer 2

一些搜索后的信息：

“
ARM Cortex-M3 位带
ARM 的微控制器内核提供了另一种实现信号量的方法。对位带别名区域中的变量的写访问会导致对系统总线级别的位带区域中的内存位置进行原子读-修改-写访问。
这如何转化为信号量？位带区域中的变量可以用作信号量的容器。每个客户端都“拥有”该容器中的一点。每当客户端需要声明信号量时，它都会通过将 1 写入位带别名区域中的相应位置来设置自己的位。然后它会读取容器（位带区域）并检查是否设置了其他位，这意味着客户端已成功声明信号量。如果设置了其他位，客户端将必须再次清除自己的位，然后重试（可能在等待之后）。
”
（来源）

这是我的粗略（未经测试）解释：

/*
 * Frees a lock.
 *
 * @note lock must point to a fully aligned 32 bit integer.
 * (atomically set to 0)
 *
 * @returns 1 if successfull
 */
int rwl_FreeLock(volatile uint32_t *lock){
    *lock = 0;
    return 1; // always successful
}

/*
 * Attempts to acquire a lock
 * @param who is the client taking the lock
 * @lock pointer to the mutex (uint32_t value in memory)
 * @note lock must point to a fully aligned 32 bit integer.
 * (atomically set to 1 only if set to 0)
 */
int rwl_TryLock(volatile uint32_t *lock, int who){
    // initial check of lock
    if(*lock == 0){
        Var_SetBit_BB((uint32_t)lock, who);
        if(*lock == (1<<who)){ // check that we still have exclusive access
            // got the lock!
            return 1;
        } else {
                    // do not have the lock
            Var_ResetBit_BB((uint32_t)lock, who); // clear the lock flag
            return 0;
        }
    }
}

Var_Set_BB / Var_Reset_BB ：使用位带设置/清除位。 （原子）

但是，它不起作用！

Answer 3

位带不适用于这种情况。这是在设备寄存器文件和内存中设置位的一种非常巧妙的方法。使用“加载独占”和“存储独占”指令来实现信号量/互斥体。您可以使用以下示例文档，该文档使用这些指令实现信号量，并详细说明了其工作原理。

http://infocenter.arm。 com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.ddi0439b/CHDDIGAC.html

也就是说，您可以通过使用位带来减少互斥体的内存占用...

Answer 4

我从未在 ARM 上使用过位带；相反，我倾向于对所有此类操作使用加载独占/存储条件。使用循环加载独占旧值，计算新值，然后使用条件存储将其写回。循环直到条件存储成功（如果第一次没有成功，则可能是第二次）。