ARM汇编编程（AArch64架构）第13课：多核启动与调度

目录

• • [1. CPU亲和性设置（MPIDR_EL1）](#1. CPU亲和性设置（MPIDR_EL1）)
  • • [1.1 MPIDR_EL1寄存器详解](#1.1 MPIDR_EL1寄存器详解)
    • [1.2 获取当前CPU ID](#1.2 获取当前CPU ID)
    • [1.3 设置CPU亲和性](#1.3 设置CPU亲和性)
    • [1.4 启动从核流程](#1.4 启动从核流程)
  • [2. 核间通信（Mailbox）](#2. 核间通信（Mailbox）)
  • • [2.1 Mailbox硬件架构](#2.1 Mailbox硬件架构)
    • [2.2 ARM标准Mailbox实现](#2.2 ARM标准Mailbox实现)
    • [2.3 消息传递协议](#2.3 消息传递协议)
    • [2.4 关键操作代码](#2.4 关键操作代码)
    • [2.5 同步机制](#2.5 同步机制)

1. CPU亲和性设置（MPIDR_EL1）

1.1 MPIDR_EL1寄存器详解

MRS <Xt>, MPIDR_EL1  ; 读取MPIDR_EL1到通用寄存器

• 位域结构 ：
  • Bit31:24: Affinity level 3 (多芯片系统)
  • Bit23:16: Affinity level 2
  • Bit15:8: Affinity level 1
  • Bit7:0: Affinity level 0
  • Bit30: U (1=Uniprocessor)
  • Bit40: MT (1=多线程核心)

1.2 获取当前CPU ID

get_cpu_id:
    MRS X0, MPIDR_EL1
    AND X0, X0, #0xFF  ; 提取Aff0字段
    RET

1.3 设置CPU亲和性

// Linux内核示例
cpu_set_t cpuset;
CPU_ZERO(&cpuset);
CPU_SET(target_core, &cpuset);
sched_setaffinity(pid, sizeof(cpu_set_t), &cpuset);

1.4 启动从核流程

1. 主核设置从核启动地址（SCTLR_EL1配置）
2. 通过SEV指令唤醒从核
3. 从核执行WFE等待唤醒

---

2. 核间通信（Mailbox）

2.1 Mailbox硬件架构

• 典型实现 ：
  • 共享内存区域 + 门铃寄存器
  • 每个核有独立收件箱/发件箱
  • 支持中断或轮询模式

2.2 ARM标准Mailbox实现

/* 寄存器定义示例 */
#define MAILBOX_BASE  0x40000000
#define MAILBOX_WRITE (MAILBOX_BASE + 0x00)  ; 写入数据
#define MAILBOX_READ  (MAILBOX_BASE + 0x20)  ; 读取数据
#define MAILBOX_STAT  (MAILBOX_BASE + 0x40)  ; 状态寄存器

2.3 消息传递协议

struct arm_mailbox_msg {
    uint32_t magic;     // 0xDEADBEEF
    uint32_t cmd;       // 命令字
    uint64_t payload;   // 数据负载
    uint32_t checksum;  // 校验和
};

2.4 关键操作代码

; 发送消息到指定核心
send_mailbox:
    MOV W2, #0x1            ; 目标核心ID
    LDR X1, =MAILBOX_WRITE
    STR W2, [X1]            ; 触发门铃中断
    DSB SY
    RET

; 接收消息处理
handle_mailbox:
    LDR X0, =MAILBOX_READ
    LDR W1, [X0]            ; 读取消息
    CBNZ W1, process_msg    ; 非空则处理
    RET

2.5 同步机制

• 自旋锁实现：

spin_lock:
    MOV W2, #1
    LDXR W1, [X0]
    CBNZ W1, spin_lock
    STXR W3, W2, [X0]
    CBNZ W3, spin_lock
    DMB SY
    RET