ARM Linux 大小核切換 ——cortex-A7 big.LITTLE 大小核 切換程式碼分析

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ARM Linux 大小核切換——cortex-A7 big.LITTLE 大小切換程式碼分析

 

8核CPU或者是更多核的處理器，這些CPU有可能不完全對稱。有的是4個A15和4個A7，或者是4個A57和4個A53，甚至像海思麒麟935處理器（4核A53 2.2 GHz + 4核A53 1.5 GHz），這8個核的頻率可能不一樣，則使用過程中需要大小核切換（頻率高的是大核，頻率低的是小核）。本文以ARM cortex-A7為例，分析大小核切換的代碼，著重於分析實現切換的代碼，對於為什麼要這樣切換、以及什麼時候切換，不做過多探討。

 

主要代碼分布：

arch/arm/common/bL_switcher.c

arch/arm/include/asm/bL_switcher.h

drivers/cpufreq/Arm_big_little.c

 

編譯後形成的兩個驅動模組：

__initcall_bL_switcher_init6

__initcall_bL_cpufreq_register7

 

執行流程圖如下所示。

的左邊是bL_switcher_init執行流程。

右邊是切換線程bL_switcher_thread執行流程，這個線程是核心代碼。代碼的上半部分是一個CPU在運行，然後這個CPU完成下電後。下半部分藍色所示，是起來的那個CPU在運行，這樣就完成了大小核的切換操作。

1 bL_switcher_init

bL_switcher_init執行流程如下：

如果最大CPU組數（簇）不為2，則報錯，然後返回

bL_running_cluster賦值1，預設設為是第一簇在運行

no_bL_switcher初值為FALSE

         bL_switcher_enable

                   bL_switcher_halve_cpus 關閉不必要的CPU

                   為每個online的CPU建立切換線程bL_switcher_thread

                   bL_switcher_active賦值1

bL_switcher_sysfs_init 建立sys/kernel/bL_switcher

bL_switcher_restore_unpaired_cpus 恢複不成對的CPU，給它們上電

 

建立完sys/kernel/bL_switcher，則可以通過下面的命令，手動查看/設定能否切換、查看/設定切換那個簇的CPU。

         cat  /sys/kernel/bL_switcher/active

         echo  0/1  >  /sys/kernel/ bL_switcher/active

 

         cat  /sys/kernel/bL_switcher/do_switch

         echo  0/1  >  /sys/kernel/ bL_switcher/ do_switch

2 切換請求bL_switch_request

這是個內嵌函式，需要兩個參數，第一個是CPU的ID，第二個是簇號，核心調到的有三處。

一是在Arm_big_little.c：bL_cpufreq_set_rate：需要不同的簇切換時；

二、三是在執行echo  0/1 > /sys/kernel/ bL_switcher/ do_switch ，調用到bL_do_switch_store函數，這裡面判斷是否需要切換

 

這個內嵌函式，直接執行bL_switch_request_cb，參數是前面的2個，再加上兩個NULL。

bL_switch_request_cb：

         判斷第一個參數CPU的ID是否超出範圍；

         擷取當前CPU的線程函數指標

         賦值wanted_cluster

         喚醒當前線程函數的工作隊列

3 切換線程bL_switcher_thread

bL_switcher_thread執行流程：

等待事件。滿足事件的兩個可能條件：

         一是上面的bL_switch_request_cb函數，喚醒線程，且切換到的CPU簇數不為-1；

         二是bL_switcher_disable函數調用kthread_stop，喚醒線程

 

bL_switch_to

找到成對的CPU ID ，簇號

mcpm_cpu_power_up 給CPU上電，跳轉到 mcpm_entry_point

gic_send_sgi 給其發送0號非強制中斷

wait_for_completion_timeout(&inbound_alive  等待它給我發送非強制中斷 IPI_COMPLETION

關閉IRQ、FIQ

遷移中斷到對應的CPU上

關閉時鐘Tick

cpu_pm_enter        gic_cpu_save 儲存中斷設定

cpu_suspend   這個跟睡眠的流程很相似

         bL_switchpoint

                   call_with_stack       arch/arm/lib/call_with_stack.S      若失敗了，是可以返回的

                            bL_do_switch

                            讓剛起來的CPU跳轉到cpu_resume，給其發送sev

                            若handshake變數為0，則進入wfe

                                     等待不為0後，mcpm_cpu_power_down對自身斷電

 

 

call_with_stack： 攜帶的三個參數，第一個是函數，第二個是函數調用時用到的參數，第三個是棧地址

將SP、LR依次放入棧的頂部

SP賦值讓開兩個寄存器後的地址

R0賦給R2

R1賦給R0

 

LR賦值下面的標號1處

R2賦給PC，即跳轉到R2

 

若失敗了，則跳轉到LR處，就是標號1處

彈出LR

彈出SP

LR賦給PC，跳轉到了bL_switchpoint，調用call_with_stack函數的地方。

 

 

 

此處設定真是巧妙，不同簇對應的CPU ID都是0，則剛起來的CPU正好能通過下面的步驟

mcpm_entry_point  -> cpu_resume -> cpu_do_resume=cpu_v7_do_resume -> cpu_resume_mmu -> 再次跳轉到上面調用__cpu_suspend處繼續運行了。

即要下電的CPU剛儲存後堆棧，又被剛上電的CPU恢複了。

接下來就是上電的CPU再運行了。

 

cpu_pm_exit gic_cpu_restore 恢複中斷設定

時鐘接著運行 Tick，兩個CPU用到的節拍Timer是同一個。

開啟IRQ、FIQ

*handshake_ptr = 1;

dsb_sev 給那個CPU發送事件

 

這樣就完成了CPU的切換，這個函數的前一半是一個CPU在執行，後一半變成了另一個CPU在執行。

4 bL_cpufreq_register

擷取bL_switcher_active的值，將這個值（真或者假）設定給bL_switching_enabled變數；

初始化互斥鎖cluster_lock；

註冊cpufreq_driver驅動bL_cpufreq_driver。

如果上面的驅動註冊成功，則將bL_switcher_notifier 掛在bL_activation_notifier鏈表上；

         若掛載失敗，則卸載驅動bL_cpufreq_driver

 

bL_cpufreq_driver定義如下：

static struct cpufreq_driver bL_cpufreq_driver = {

         .name                         = "arm-big-little",

         .flags                           = CPUFREQ_STICKY,

         .verify                          = bL_cpufreq_verify_policy,

         .target                        = bL_cpufreq_set_target,

         .get                    = bL_cpufreq_get_rate,

         .init                     = bL_cpufreq_init,

         .have_governor_per_policy = true,

         .attr                   = bL_cpufreq_attr,

};

 

若bL_cpufreq_driver註冊成功，執行下面的命令，就可以看到有個驅動是arm-big-little。

cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_available_governors

         conservative ondemand userspace powersave interactive performance

cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governors

         interactive

cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_driver

         arm-big-little

 

用bL_cpufreq_driver這種調頻策略時，就會執行到bL_cpufreq_set_target，然後執行bL_cpufreq_set_rate，則有可能調用到bL_switch_request。

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