为了处理 arm cortex A9 上的中断，Linux 内核需要多少条指令？

Question

我想估计 ARM cortex A9 单核处理 IRQ 所需的操作码数量。

假设我使用 Linux 内核 3.4，调用 irq 并执行 irq_handler 需要多少操作码？

Answer 1

你的问题是关于如何计算Linux的interrupt latency。至少您可能对中断开始之前需要多长时间感兴趣。我们将在这里忽略irqs 的这一方面。

一个简单的方法是切换GPIO 并使用示波器来测量中断。您甚至可以多次切换GPIO 以查看不同阶段所需的时间。这个Window CE link 显示了一个测量延迟的示例。一些中断控制器（例如 IMX）具有 I/O 多路复用模式，其中一个中断号将提高/降低特定的 I/O 线。或者，您可以添加代码来切换行（例程见下文）。

主要中断处理的来源在entry-armv.S。为您使用的中断控制器定义了宏，这些宏取决于.config 文件。例如，有抢占式中断、多中断控制器、SMP 等。primary 向量定义在 entry-armv.S 的底部。一般要点是检查当前操作模式，然后采用__irq_usr 或__irq_svc。这些例程有不同的前置码来存储状态，但它们最终都调用了irq_handler 宏。 _irq_usr 包含有关 cmpxchg 的内容，但如果您在 .config 中指定 ARM cortex，则此方法不适用。主要区别在于用户模式下发生 IRQ 后可能的上下文切换。您的机器定义了mach/entry-macro.S，它们是用于访问中断控制器并获取中断号的汇编器宏。然后跳转到顶级kernel目录中的通用irqhandling code。

所以第二种方法是检查代码并直接计算。如果您查看源代码，编译内核，然后在 vmlinux 映像上执行objdump --disassemble 并查找这些符号，这可能会更容易。您将看到 irq_handler 宏扩展，它最终应该会跳转到您的 IRQ 代码。

从源码可以看出，还有TRACE_IRQFLAGS。您可以通过make menuconfig（并输入/TRACE_IRQFLAGS）检查这是否在您使用的Cortex A9 上可用。不知道有没有。

有一些变化，例如，

1. 从用户/SVC 模式中断。
2. 当前正在运行的其他中断。
3. 被中断的代码（例如 stm/ldm）可能需要一些时间才能完成。
4. ISR 中的页面错误。至少在某些 Linux 版本中，某些 Alsa 驱动程序可能会出现未分配页面。
5. ISR 中的条件。

在示波器上测量将显示IRQ 服务中的抖动。检查说明通常会显示IRQ 可能永远不会被维修；例如，如果更高优先级的中断不断抢占/阻止IRQ。可能您需要同时执行这两项操作才能完全优化硬期限。

通常您并不关心整个IRQ 需要多长时间，而是IRQ 行被提升和写入/读取某些外围寄存器之间的时间。例如，FIFO 的深度可能有限，如果 IRQ 发生和读取 FIFO 寄存器之间的延迟大于 FIFO_Size x BPS，那么您会遇到 FIFO 溢出的问题.

FIQ 基础结构要快得多，但您可以使用的内核设施要少得多！

编辑：Cortex A9 technical reference 在附录 B 中有指令计数。除内存加载/存储、倍数和分支外，大多数 ARM 指令在大多数架构上都是单周期的。按照上面的第 3 和第 4 段，找到为您的配置处理 Linux 中断的完整指令路径，然后将其添加；对于 estimate （如原始问题所问），您可以只计算指令，因为它们通常是一个周期。

Answer 2

虽然您可以通过查看源代码来计算理论上的最小核心周期数，但由于缓存、内存和内存控制器性能的影响，实际采用的数量远不确定，另一个核心在时间和各种其他因素取决于所讨论的 ARM 处理器的微架构。

我怀疑您最好测量系统的实际中断延迟性能，使用数字“范围或性能计数器”。

当然，对于硬实时应用程序，您需要知道最坏情况的中断延迟 - 其中包括所有这些因素的所有最坏情况。