ARM Cortex M7 什么时候真正需要 CLREX？

Question

我在网上发现了几个地方说每当进入中断例程时“必须”调用 CLREX，我不明白。 CLREX 状态的文档（添加编号以便于参考）：

(1) Clears the local record of the executing processor that an address has had a request for an exclusive access.

(2) Use the CLREX instruction to return a closely-coupled exclusive access monitor to its open-access state. This removes the requirement for a dummy store to memory.

(3) It is implementation-defined whether CLREX also clears the global record of the executing processor that an address has had a request for an exclusive access.

这里我几乎什么都不懂。

我的印象是按照 example in the docs 的方式写一些东西足以保证原子性：

    MOV r1, #0x1                ; load the ‘lock taken’ value
try:                                                       <---\
    LDREX r0, [LockAddr]        ; load the lock value          |
    CMP r0, #0                  ; is the lock free?            |
    STREXEQ r0, r1, [LockAddr]  ; try and claim the lock       |
    CMPEQ r0, #0                ; did this succeed?            |
    BNE try                     ; no - try again   ------------/
    ....                        ; yes - we have the lock

为什么要清除“本地记录”？我认为 LDREX/STREX 足以保证从多个中断中原子访问一个地址？ IE。 GCC for ARM 使用 LDREX/STREX 编译所有 C11 原子函数，我没有看到 CLREX 在任何地方被调用。
第二段指的是什么“虚拟商店的要求”？
全局记录和本地记录有什么区别？多核场景需要全局记录吗？

Answer 1

分别回答（并解释）你的三个问题：

1.为什么要清除访问记录？

当强制执行严格的代码嵌套时，例如当您处理中断时，通常不需要 CLREX。但是，在某些情况下它很重要。假设您正在为抢占式操作系统内核编写上下文切换，它可以异步挂起运行任务并恢复另一个任务。现在考虑以下病态情况，涉及两个优先级相同的任务（A 和 B）使用 LDREX 和 STREX 操作相同的共享资源：

Task A      Task B
  ...
 LDREX
-------------------- context switch
             LDREX
             STREX   (succeeds)
              ...
             LDREX
-------------------- context switch
 STREX               (succeeds, and should not)
  ...

因此上下文切换必须发出 CLREX 来避免这种情况。

2。避免什么'requirement for a dummy store'？

如果没有 CLREX 指令，则需要使用 STREX 来放弃独占访问标志，这涉及内存事务，因此比它需要的要慢如果您想做的只是清除标志。

3。 'global record'是针对多核场景吗？

是的，如果您使用的是单核机器，则只有一条记录，因为只有一条 CPU。

Answer 2

实际上 CLREX 不需要 exceptions/interrupts 在 M7 上，它似乎只是出于兼容性原因才包含在内。来自 documenation (Version c):

CLREX enables compatibility with other ARM Cortex processors that have to force the failure of the store exclusive if the exception occurs between a load exclusive instruction and the matching store exclusive instruction in a synchronization operation. In Cortex-M processors, the local exclusive access monitor clears automatically on an exception boundary, so exception handlers using CLREX are optional.

因此，由于 Cortex-M 处理器清除了 exception/interrupt entry/exit 上的本地独占访问标志，这否定了 CLREX 的大部分（全部？）用例。

关于你的第三个问题，正如其他人所说，你认为全局记录用于多核场景是正确的。 CLREX 在多核处理器上可能仍有用例，具体取决于实施定义的对 local/global 标志的影响。

我明白为什么会对此产生混淆，因为 M7 文档的初始版本不包含这些句子（更不用说 ARM 网站上更通用的文档的各种其他版本）。即使是现在，我什至无法 link 到最新版本。该页面默认显示 'Version a'，您必须通过下拉框手动更改版本（希望将来会更改）。

更新

作为对评论的回应，为此提供了额外的文档 link。这是手册的一部分，描述了这些指令在特定指令文档之外的用法（并且自第一次修订以来一直存在）：

The processor removes its exclusive access tag if:

It executes a CLREX instruction.

It executes a STREX instruction, regardless of whether the write succeeds.

An exception occurs. This means the processor can resolve semaphore conflicts between different threads.

In a multiprocessor implementation:

Executing a CLREX instruction removes only the local exclusive access tag for the processor.

Executing a STREX instruction, or an exception, removes the local exclusive access tags for the processor.

Executing a STREX instruction to a Shareable memory region can also remove the global exclusive access tags for the processor in the system.

ARM Cortex M7 什么时候真正需要 CLREX？

When is CLREX actually needed on ARM Cortex M7?

arm

atomic

cortex-m

load-link-store-conditional

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