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4.11.9. DBG、DMB、DSB 和 ISB

調(diào)試指令、數(shù)據(jù)內(nèi)存屏障指令、數(shù)據(jù)同步屏障指令和指令同步屏障指令。

DBG{cond} {#option}

DMB{cond} {option}

DSB{cond} {option}

ISB{cond} {option}

訪問(wèn)存儲(chǔ)器指令

編譯器不能用C語(yǔ)言直接生成的主存儲(chǔ)器指令是用于裝載和存儲(chǔ)的專用指令（LDREX和STREX）。這些指令常常專用于存儲(chǔ)器的存取操作，例如在不同的線程之間提供人工干預(yù)操作。

屏蔽指令

Cortex-M3，這種內(nèi)核支持許多屏蔽指令。在下一個(gè)指令或者事件開(kāi)始執(zhí)行以前，這些屏蔽指令常常用于確保必然事件執(zhí)行完成。

在處理器內(nèi)部，指令同步屏蔽（ISB）刷新流水線；以致于這個(gè)指令執(zhí)行完以后，緊接著從緩存或者存儲(chǔ)器取出指令表。這個(gè)表會(huì)改變這個(gè)系統(tǒng)，例如MPU立即生效。

數(shù)據(jù)同步屏蔽（DSB）指令作為一種特殊的存儲(chǔ)器屏蔽指令。訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器操作完成之前，執(zhí)行完成數(shù)據(jù)同步屏蔽指令（DSB）。執(zhí)行數(shù)據(jù)同步屏蔽指令，在該指令沒(méi)有完成以前不再執(zhí)行任何指令——換句話說(shuō)，執(zhí)行完成所有的掛起操作。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)屏蔽（DMB）指令作為一種存儲(chǔ)器屏蔽指令。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)屏蔽（DMB）指令和數(shù)據(jù)同步屏蔽（DSB）指令有微小的差別。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)屏蔽（DMB）指令確保：數(shù)據(jù)同步屏蔽（DSB）指令執(zhí)行完成之前，訪問(wèn)任意存儲(chǔ)器；執(zhí)行數(shù)據(jù)同步屏蔽（DSB）指令后，緊接著執(zhí)行訪問(wèn)任意存儲(chǔ)器操作。

如例8所示，典型MPU代碼的一部分顯示如何這些屏蔽指令。用嵌入?yún)R編完成一個(gè)小的功能，每個(gè)功能都含有一條屏蔽指令。編譯時(shí)鏈接器將連接這些功能。

例8用預(yù)處理指令使用屏蔽指令的范例

/*pseudo_intrinsics.c */

/*Small embedded assembly functions for barrier instructions*/

/*Link with armlink --inline ... */

__asmvoid __ISB(void)

{

ISB

BXlr

}

__asmvoid __DSB(void)

{

DSB

BXlr

}

/*scs.c - Initialize System Control Space registers */

voidSCS_init(void)

{

/*Code to configure the MPU regions inserted here

…

*/

/*Enable the MPU */

SCS.MPU.Ctrl|= 1;

/*Force Memory Writes before continuing */

__DSB();

/*Flush and refill pipline with updated permissions */

__ISB();

}

4.3.5 匯編語(yǔ)言：指令隔離(barrier)指令和存儲(chǔ)器隔離指令

CM3 中的另一股新鮮空氣是一系列的隔離指令（亦可以譯成“屏障”、“路障”，可互換使用——譯者 注）。它們?cè)谝恍┙Y(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的存儲(chǔ)器系統(tǒng)中是需要的（典型地用于流水線和寫(xiě)緩沖——譯者注）。在 這類系統(tǒng)中，如果沒(méi)有必要的隔離，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生紊亂危象（race condition），（相當(dāng)于數(shù)電中的“競(jìng)爭(zhēng) 與冒險(xiǎn)”——譯者注）.

舉例來(lái)說(shuō)，如果可以在運(yùn)行時(shí)更改存儲(chǔ)器的映射關(guān)系或者內(nèi)存保護(hù)區(qū)的設(shè)置，（通過(guò)寫(xiě) MPU 的寄存 器），就必須在更改之后立即補(bǔ)上一條 DSB 指令（數(shù)據(jù)同步指令）。因?yàn)閷?duì) MPU 的寫(xiě)操作很可能會(huì)被放 到一個(gè)寫(xiě)緩沖中。寫(xiě)緩沖是為了提高存儲(chǔ)器的總體訪問(wèn)效率而設(shè)的，但它也有副作用，其中之一，就是 會(huì)導(dǎo)致寫(xiě)內(nèi)存的指令被延遲幾個(gè)周期執(zhí)行，因此對(duì)存儲(chǔ)器的設(shè)置不能即刻生效，這會(huì)導(dǎo)致緊臨著的下一 條指令仍然使用舊的存儲(chǔ)器設(shè)置——但程序員的本意顯然是使用新的存儲(chǔ)器設(shè)置。這種紊亂危象是后患 無(wú)窮的，常會(huì)破壞未知地址的數(shù)據(jù)，有時(shí)也會(huì)產(chǎn)生非法地址訪問(wèn) fault。紊亂危象還有其它的表現(xiàn)形式， 后續(xù)章節(jié)會(huì)一一介紹。CM3 提供隔離指令族，就是要消滅這些紊亂危象（在有些講解計(jì)算機(jī)體系體系結(jié) 構(gòu)的書(shū)中，這類紊亂危象也被稱為“存儲(chǔ)器相關(guān)”——譯注）。

CM3 中共有3 條隔離指令，如表4.27 所列

表4.27 隔離指令

DMB 在雙口 RAM 以及多核架構(gòu)的操作中很有用。如果 RAM 的訪問(wèn)是帶緩沖的，并且寫(xiě)完之后

馬上讀，就必須讓它“喘口氣”——用 DMB 指令來(lái)隔離，以保證緩沖中的數(shù)據(jù)已經(jīng)落實(shí)到 RAM 中。 DSB 比 DMB 更保險(xiǎn)（當(dāng)然也是有執(zhí)行代價(jià)的），它是寧可錯(cuò)殺也不漏網(wǎng)——清空了寫(xiě)緩沖，使得任 何它后面的指令，不管要不要使用先前的存儲(chǔ)器訪問(wèn)結(jié)果，通通等待訪問(wèn)完成。大蝦們可以在有絕 對(duì)信心時(shí)使用 DMB，新手還是使用 DSB 比較保險(xiǎn)。
同 DMB/DSB 相比，ISB 指令看起來(lái)似乎最強(qiáng)悍，但是卻一身都是“愣勁”，不由分說(shuō)就“動(dòng)粗”。
不過(guò)它還有其它的用場(chǎng)——對(duì)于高級(jí)底層技巧：“自我更新”(self-mofifying)代碼，非常有用。舉例 來(lái)說(shuō)，如果某個(gè)程序從下一條要執(zhí)行的指令處更新了自己，但是先前的舊指令已經(jīng)被預(yù)取到流水線 中去了，此時(shí)就必須清洗流水線，把舊版本的指令洗出去，再預(yù)取新版本的指令。因此，必須在被 更新代碼段的前面使用 ISB，以保證舊的代碼從流水線中被清洗出去，不再有機(jī)會(huì)執(zhí)行（譯者覺(jué)得 這種做法太工于技巧，有點(diǎn)“作秀”，現(xiàn)實(shí)編程中應(yīng)該極少會(huì)用到，因此讀者不必太鉆它）。