Cortex-A510——内存屏障/壁垒(DMB/DSB/ISB)

Cortex-A510——内存屏障/壁垒(DMB/DSB/ISB)

小狼@http://blog.youkuaiyun.com/xiaolangyangyang


1、DMB/DSB/ISB

  • __DMB指令:

        Data Memory Barrier(数据存储器隔离),DMB指令保证所有前面的存储器访问操作执行完毕后,才提交后面的存储器访问操作;

  • __DSB指令:

        Data Synchronization Barrier(数据同步隔离),比DMB严格,前面所有存储器访问操作执行完毕后,才执行后面的指令;

  • __ISB指令:

        Instruction Synchronization Barrier(指令同步隔离),清洗流水线,保证所有前面的指令执行完毕后,才执行它后面的指令。

2、三种指令的典型案例

1、DMB
        DMB指令保证了两个内存访问能按正确的顺序执行。实际上DMB在Cortex-M的处理器中用得并不多,因为Cortex-M处理器不会重新排序内存事务(Memory transaction)。但如果想要软件能在其他ARM处理器上重用(如Cortex-M移植到Cortex-A),尤其是在多主系统中,DMB是必要的。下面举几个例子:
        (1)DMA
    

<think>嗯,用户想了解ARM内存屏障指令ISBDSBDMB的用法和区别。首先,我得回忆一下这三个指令的基本作用。DMB是数据内存屏障,保证在它之前的内存访问操作完成后,后面的内存访问才能开始。DSB是数据同步屏障,更严格,要求前面的所有内存访问都完成之后,后面的指令才能执行。而ISB是指令同步屏障,主要是清空流水线,确保之后的指令重新从缓存或内存中读取。 接下来要考虑用户可能的实际应用场景。比如在操作系统开发、设备驱动编写或者多核编程中,内存屏障的使用非常关键。需要区分不同指令的使用场合。比如DMB可能用于确保内存访问顺序,防止指令重排带来的问题。DSB可能在修改内存映射或配置寄存器后使用,确保之前的操作完全生效。ISB则在修改了系统控制寄存器(如上下文切换后)需要立即生效的情况下使用。 然后,用户可能想知道它们的具体差异。比如DMB只影响内存访问的顺序,而DSB还会影响后续指令的执行时机。ISB则影响指令流本身,确保之后的指令是最新的。需要举例说明,比如在配置MPU之前用DSB,之后用ISB,这样配置才能正确生效。 另外,参考资料中提到系统控制空间(SCS)的访问不需要插入屏障,这可能是一个注意点,需要提醒用户避免不必要的指令使用,优化性能。 最后,用户可能需要知道如何在实际代码中应用这些指令,比如在C语言中使用内联汇编或者编译器内置函数。同时,生成的相关问题要覆盖常见疑问,比如何时需要组合使用,如何避免性能影响,以及在不同架构中的差异等。</think>### ARM内存屏障指令 ISB/DSB/DMB 解析 #### 一、指令功能差异 1. **DMB(数据内存屏障)** 确保屏障前的所有**内存访问指令**先于屏障后的内存访问指令执行,保持内存访问顺序。例如: $$ \text{STR R0, [R1]} \quad \text{DMB} \quad \text{LDR R2, [R3]} $$ 此时`LDR`必须等待`STR`完成[^3] 2. **DSB(数据同步屏障)** 比DMB更严格,要求屏障前的所有指令(包括非内存操作)必须完成后才能执行后续指令。常用于关键配置场景: ```c // 修改MPU配置后 __DSB(); // 确保配置生效前所有访问完成 ``` 3. **ISB(指令同步屏障)** 清空处理器流水线,强制后续指令从缓存/内存重新读取。典型场景: ```c MSR CONTROL, R0 // 修改系统控制寄存器 __ISB(); // 确保新配置立即生效 ``` #### 二、使用场景对比 | 指令 | 适用场景 | 典型用例 | |------|----------|----------| | DMB | 多核数据共享<br>DMA传输 | 共享内存通信时保证写入可见性 | | DSB | 异常入口/出口<br>关键寄存器配置 | 中断服务程序中的关键操作 | | ISB | 上下文切换<br>动态代码生成 | 修改PC指针或系统寄存器后 | #### 三、组合使用示例 ```c // 安全修改向量表基地址 __disable_irq(); *((uint32_t*)0xE000ED08) = 0x20000000; // 修改VTOR __DSB(); // 确保写入完成 __ISB(); // 强制流水线刷新 __enable_irq(); ``` > 注意:SCS(System Control Space)寄存器访问无需额外屏障[^2] #### 四、性能影响 1. DSB的停顿周期比DMB长3-5倍 2. ISB会导致约10周期流水线清空 3. 推荐原则:能用DMB不用DSB,避免无意义ISB
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