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AArch64 Linux 中擴展的活動監控單元¶

作者: Ionela Voinescu <ionela.voinescu@arm.com>

日期: 2019-09-10

本文檔簡要描述了 AArch64 Linux 支持的活動監控單元的規範。

架構總述¶

活動監控是 ARMv8.4 CPU 架構引入的一個可選擴展特性。

活動監控單元(在每個 CPU 中實現)爲系統管理提供了性能計數器。既可以通過系統寄存器的方式訪問計數器，同時也支持外部內存映射的方式訪問計數器。

AMUv1 架構實現了一個由4個固定的64位事件計數器組成的計數器組。

CPU 周期計數器：同 CPU 的頻率增長

常量計數器：同固定的系統時鐘頻率增長

淘汰指令計數器: 同每次架構指令執行增長

內存停頓周期計數器：計算由在時鐘域內的最後一級緩存中未命中而引起的指令調度停頓周期數

當處於 WFI 或者 WFE 狀態時，計數器不會增長。

AMU 架構提供了一個高達16位的事件計數器空間，未來新的 AMU 版本中可能用它來實現新增的事件計數器。

另外，AMUv1 實現了一個多達16個64位輔助事件計數器的計數器組。

冷復位時所有的計數器會清零。

內核可以安全地運行在支持 AMU 和不支持 AMU 的 CPU 組合中。因此，當配置 CONFIG_ARM64_AMU_EXTN 後我們無條件使能後續 (secondary or hotplugged) CPU 檢測和使用這個特性。

當在 CPU 上檢測到該特性時，我們會標記爲特性可用但是不能保證計數器的功能，僅表明有擴展屬性。

固件(代碼運行在高異常級別，例如 arm-tf )需支持以下功能：

提供低異常級別(EL2 和 EL1)訪問 AMU 寄存器的能力。

使能計數器。如果未使能，它的值應爲 0。

在從電源關閉狀態啓動 CPU 前或後保存或者恢復計數器。

當使用使能了該特性的內核啓動但固件損壞時，訪問計數器寄存器可能會遭遇 panic 或者死鎖。即使未發現這些症狀，計數器寄存器返回的數據結果並不一定能反映真實情況。通常，計數器會返回 0，表明他們未被使能。

如果固件沒有提供適當的支持最好關閉 CONFIG_ARM64_AMU_EXTN。值得注意的是，出於安全原因，不要繞過 AMUSERRENR_EL0 設置而捕獲從 EL0(用戶空間) 訪問 EL1(內核空間)。因此，固件應該確保訪問 AMU寄存器不會困在 EL2或EL3。

AMUv1 的固定計數器可以通過如下系統寄存器訪問：

SYS_AMEVCNTR0_CORE_EL0

SYS_AMEVCNTR0_CONST_EL0

SYS_AMEVCNTR0_INST_RET_EL0

SYS_AMEVCNTR0_MEM_STALL_EL0

特定輔助計數器可以通過 SYS_AMEVCNTR1_EL0(n) 訪問，其中n介於0到15。

詳細信息定義在目錄：arch/arm64/include/asm/sysreg.h。

由於以下原因，當前禁止從用戶空間訪問 AMU 的寄存器：

安全因數：可能會暴露處於安全模式執行的代碼信息。

意願：AMU 是用於系統管理的。

同樣，該功能對用戶空間不可見。

由於以下原因，當前禁止從 KVM 客戶端的用戶空間(EL0)和內核空間(EL1) 訪問 AMU 的寄存器：

安全因數：可能會暴露給其他客戶端或主機端執行的代碼信息。

任何試圖訪問 AMU 寄存器的行爲都會觸發一個註冊在客戶端的未定義異常。