SylixOS -- KN_SMP_WMB()内存屏障函数解析

在SylixOS驱动代码中，常会看到KN_SMP_WMB()指令，追踪该指定到最后查到的是它会在编译前转换成__asm__ __volatile__ ("" : : : "memory")命令，那这句话的意思是什么呢？

__asm__ __volatile__ ("" : : : "memory")是内嵌汇编指令，代码的功能是实现内存屏障。

__asm__：表示后面的代码为内嵌汇编指令。

__volatile__：表示编译器不能优化该段代码（若没有__volatile__声明，GCC进行编译时会根据自己的判断决定是否将这段内嵌汇编指令优化掉）。

("" : : : "memory")：表示括号里面的为汇编指令，

__asm__ __volatile__("Instruction List" : Output : Input : Clobber/Modify)

总共有四部分（汇编语句：输出部分：输入部分：描述修改部分）

下面通过一个例子说明。

static __inline int wsn_DisableInterrupt(void)

{

__asm__ volatile (

"mrs %0, cpsr\n"

"\torr %1, %0, #0xC0\n"

"\tmsr cpsr_c, %1\n"

: "=r" (retval), "=r" (temp));

barrier(0);

return retval;

}

1. "mrs %0, cpsr\n" 将cpsr状态寄存器的值传给%0（mrs：状态寄存器到通用寄存器的传送指令， %0：指令中的操作数可以使用占位符引用C语言变量，%0对应c变量retval，表示将cpsr中的值传给retval）

2. "\torr %1, %0, #0xC0\n" 将%0与0xC0值做orr或运算，即置位操作，并赋值给%1。CPSR的I、F位置1，关中断（orr：将%0与0xC0做或运算，结果保存给%1， #0xC0：立即数0x1100 0000置位）

3. "\tmsr cpsr_c, %1\n" 将%1的值传给cpsr_c状态寄存器（msr：通用寄存器到状态寄存器的传送指令， cpsr_c对应cpsr寄存器的0-7位，即cpsr寄存器中的I,F位被置1，禁止IRQ,FIQ中断）

4. : "=r" (retval), "=r" (temp)); 按先后顺序，将%0中内容输出到retval，%1中内容输出到temp。（：表示下一部分输出部分， "=r"：表示使用一个通用寄存器， retval：表示c语言中已定义的变量）

转回__asm__ __volatile__ ("" : : : "memory")命令

最后一部分英文介绍为Clobber/Modify，

有时候，你想通知GCC当前内联汇编语句可能会对某些寄存器或内存进行修改，希望GCC在编译时能够将这一点考虑进去。那么你就可以在Clobber/Modify域声明这些寄存器或内存。因为你在Input/Output操作表达式所指定的寄存器，或当你为一些Input/Output操作表达式使用"r","g"约束，让GCC为你选择一个寄存器时，GCC对这些寄存器是非常清楚的——它知道这些寄存器是被修改的，你根本不需要在Clobber/Modify域再声明它们。但除此之外，GCC对剩下的寄存器中哪些会被当前的内联汇编修改一无所知。所以如果你真的在当前内联汇编指令中修改了它们，那么就最好在Clobber/Modify中声明它们，让GCC针对这些寄存器做相应的处理。否则有可能会造成寄存器的不一致，从而造成程序执行错误。

例如：

__asm__ ("mov R0, #0x34" : : : "R0");

寄存器R0出现在"Instruction List中"，并且被mov指令修改，但却未被任何Input/Output操作表达式指定，所以你需要在Clobber/Modify域指定"R0"，以让GCC知道这一点。否则有可能会造成寄存器的不一致，从而造成程序执行错误。

如果一个内联汇编语句的Clobber/Modify域存在"memory"，那么GCC会保证在此内联汇编之前，如果某个内存的内容被装入了寄存器，那么在这个内联汇编之后，如果需要使用这个内存处的内容，就会直接到这个内存处重新读取，而不是使用被存放在寄存器中的拷贝。因为这个时候寄存器中的拷贝已经很可能和内存处的内容不一致了。

有了上面的知识就不难理解Memory修改描述符了，Memory描述符告知GCC：

1）不要将该段内嵌汇编指令与前面的指令重新排序；也就是在执行内嵌汇编代码之前，它前面的指令都执行完毕

2）不要将变量缓存到寄存器，因为这段代码可能会用到内存变量，而这些内存变量会以不可预知的方式发生改变，因此GCC插入必要的代码先将缓存到寄存器的变量值写回内存，如果后面又访问这些变量，需要重新访问内存。

总结：

KN_SMP_WMB();

#define KN_SMP_WMB() armDmb()

#define armDmb() __asm__ __volatile__ ("" : : : "memory")

主要是保证程序的执行遵循顺序一致性。有的时候你写代码的顺序，不一定是最终执行的顺序，这个是处理器有关的。之前保存在cache中的内容再次被使用时都需要到这个内存处重新读取。

附：

编译器优化介绍

内存访问速度远不及CPU处理速度，为提高机器整体性能，在硬件上引入硬件高速缓存Cache，加速对内存的访问。另外在现代CPU中指令的执行并不一定严格按照顺序执行，没有相关性的指令可以乱序执行，以充分利用CPU的指令流水线，提高执行速度。以上是硬件级别的优化。再看软件一级的优化：一种是在编写代码时由程序员优化，另一种是由编译器进行优化。编译器优化常用的方法有：将内存变量缓存到寄存器；调整指令顺序充分利用CPU指令流水线，常见的是重新排序读写指令。对常规内存进行优化的时候，这些优化是透明的，而且效率很好。由编译器优化或者硬件重新排序引起的问题的解决办法是在从硬件（或者其他处理器）的角度看必须以特定顺序执行的操作之间设置内存屏障（memory barrier），Linux 提供了一个宏解决编译器的执行顺序问题。

void Barrier(void)

这个函数通知编译器插入一个内存屏障，但对硬件无效，编译后的代码会把当前CPU寄存器中的所有修改过的数值存入内存，需要这些数据的时候再重新从内存中读出。

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