ARM Cortex A7 在内核模式下返回 PMCCNTR = 0，在用户模式下返回非法指令（即使在 PMUSERENR = 1 之后）

Question

我想读取具有 ARM Cortex A7 内核的 Raspberry Pi 2 上的周期计数寄存器 (PMCCNTR)。我为它编译了一个内核模块如下：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>

int init_module()
{
  volatile u32 PMCR, PMUSERENR, PMCCNTR;

  // READ PMCR
  PMCR = 0xDEADBEEF;
  asm volatile ("mrc p15, 0, %0, c9, c12, 0\n\t" : "=r" (PMCR));
  printk (KERN_INFO "PMCR = %x\n", PMCR);

  // READ PMUSERENR 
  PMUSERENR = 0xDEADBEEF;
  asm volatile ("mrc p15, 0, %0, c9, c14, 0\n\t" : "=r" (PMUSERENR));
  printk (KERN_INFO "PMUSERENR = %x\n", PMUSERENR);

  // WRITE PMUSERENR = 1
  asm volatile ("mcr p15, 0, %0, c9, c14, 0\n\t" : : "r" (1));

  // READ PWMUSERENR AGAIN
  asm volatile ("mrc p15, 0, %0, c9, c14, 0\n\t" : "=r" (PMUSERENR));
  printk (KERN_INFO "PMUSERENR = %x\n", PMUSERENR);

  // READ PMCCNTR
  PMCCNTR = 0xDEADBEEF;
  asm volatile ("mrc p15, 0, %0, c9, c13, 0\n\t" : "=r" (PMCCNTR));
  printk (KERN_ALERT "PMCCNTR = %x\n", PMCCNTR);
  return 0;
}

void cleanup_module()
{
}

MODULE_LICENSE("GPL");

并且在 insmod 之后，我在 /var/log/kern.log 中观察到以下内容：

PMCR = 41072000
PMUSERENR = 0
PMUSERENR = 1
PMCCNTR = 0

当我尝试从用户模式读取 PMCCNTR 时，我收到了非法指令，即使 PMUSERENR 已设置为 1。

为什么PMCCNTR在内核态读为0，在用户态读为非法指令？为了启用 PMCCNTR，还有什么我需要做但我没有做的吗？

更新 1

部分解决。多核问题的解决方案是这样调用on_each_cpu：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>

static void enable_ccnt_read(void* data)
{
  // WRITE PMUSERENR = 1
  asm volatile ("mcr p15, 0, %0, c9, c14, 0\n\t" : : "r" (1));
}

int init_module()
{
  on_each_cpu(enable_ccnt_read, NULL, 1);
  return 0;
}

void cleanup_module()
{
}

MODULE_LICENSE("GPL");

我现在可以从用户区读取 PMCCNTR：

#include <iostream>

unsigned ccnt_read ()
{
  volatile unsigned cc;
  asm volatile ("mrc p15, 0, %0, c9, c13, 0" : "=r" (cc));
  return cc;
}

int main() {
  std::cout << ccnt_read() << std::endl;
}

要运行一个特定内核上的用户空间程序，你可以像这样使用taskset（例如，运行在内核2上）：

$ taskset -c 2 ./ccnt_read
0

PMCCNTR 仍然没有递增。他们需要以某种方式 "switched on"。

Answer 1

您所做的是启用计数器的用户级别访问权限。您还没有启用计数器本身。除了启用访问之外，您还必须对 PMCNTENSET 的第 31 位（C 位）进行编程以启用计数。这连同您的 on_each_cpu() 更改应该启用您正在寻找的功能。

请注意：如果一个进程在 CCNT 读取之间迁移到不同的核心，您的测量结果将会一团糟。

Answer 2

这是后代的工作解决方案：

内核模块：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>

static void enable_ccnt_read(void* data)
{
  // PMUSERENR = 1
  asm volatile ("mcr p15, 0, %0, c9, c14, 0" :: "r"(1));

  // PMCR.E (bit 0) = 1
  asm volatile ("mcr p15, 0, %0, c9, c12, 0" :: "r"(1));

  // PMCNTENSET.C (bit 31) = 1
  asm volatile ("mcr p15, 0, %0, c9, c12, 1" :: "r"(1 << 31));
}

int init_module()
{
  on_each_cpu(enable_ccnt_read, NULL, 1);
  return 0;
}

void cleanup_module()
{
}

MODULE_LICENSE("GPL");

客户端程序：

#include <iostream>

unsigned ccnt_read ()
{

  volatile unsigned cc;
  asm volatile ("mrc p15, 0, %0, c9, c13, 0" : "=r" (cc));
  return cc;
}

int main() {
  std::cout << ccnt_read() << std::endl;
}

Answer 3

我正在运行这个芯片上仿真，发现了比上面描述的更进一步的问题。性能计数器在启用时必须重置，否则将从未定义的值生成断言。这意味着PMCR寄存器应该设置如下：

// PMCR.E (bit 0) = 1, PMCR.C (bit 2) = 1
asm volatile ("mcr p15, 0, %0, c9, c12, 0" :: "r"(5));

ARM Cortex A7 在内核模式下返回 PMCCNTR = 0，在用户模式下返回非法指令（即使在 PMUSERENR = 1 之后）

ARM Cortex A7 returning PMCCNTR = 0 in kernel mode, and Illegal instruction in user mode (even after PMUSERENR = 1)

linux

arm

raspberry-pi

raspberry-pi2

更新 1