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Original:Activity Monitors Unit (AMU) extension in AArch64 Linux

Translator: Bailu Lin <bailu.lin@vivo.com>

AArch64 Linux 中扩展的活动监控单元

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

日期: 2019-09-10

本文档简要描述了 AArch64 Linux 支持的活动监控单元的规范。

架构总述

活动监控是 ARMv8.4 CPU 架构引入的一个可选扩展特性。

活动监控单元(在每个 CPU 中实现)为系统管理提供了性能计数器。既可以通 过系统寄存器的方式访问计数器,同时也支持外部内存映射的方式访问计数器。

AMUv1 架构实现了一个由4个固定的64位事件计数器组成的计数器组。

  • CPU 周期计数器:同 CPU 的频率增长
  • 常量计数器:同固定的系统时钟频率增长
  • 淘汰指令计数器: 同每次架构指令执行增长
  • 内存停顿周期计数器:计算由在时钟域内的最后一级缓存中未命中而引起 的指令调度停顿周期数

当处于 WFI 或者 WFE 状态时,计数器不会增长。

AMU 架构提供了一个高达16位的事件计数器空间,未来新的 AMU 版本中可能 用它来实现新增的事件计数器。

另外,AMUv1 实现了一个多达16个64位辅助事件计数器的计数器组。

冷复位时所有的计数器会清零。

基本支持

内核可以安全地运行在支持 AMU 和不支持 AMU 的 CPU 组合中。 因此,当配置 CONFIG_ARM64_AMU_EXTN 后我们无条件使能后续 (secondary or hotplugged) CPU 检测和使用这个特性。

当在 CPU 上检测到该特性时,我们会标记为特性可用但是不能保证计数器的功能, 仅表明有扩展属性。

固件(代码运行在高异常级别,例如 arm-tf )需支持以下功能:

  • 提供低异常级别(EL2 和 EL1)访问 AMU 寄存器的能力。
  • 使能计数器。如果未使能,它的值应为 0。
  • 在从电源关闭状态启动 CPU 前或后保存或者恢复计数器。

当使用使能了该特性的内核启动但固件损坏时,访问计数器寄存器可能会遭遇 panic 或者死锁。即使未发现这些症状,计数器寄存器返回的数据结果并不一 定能反映真实情况。通常,计数器会返回 0,表明他们未被使能。

如果固件没有提供适当的支持最好关闭 CONFIG_ARM64_AMU_EXTN。 值得注意的是,出于安全原因,不要绕过 AMUSERRENR_EL0 设置而捕获从 EL0(用户空间) 访问 EL1(内核空间)。 因此,固件应该确保访问 AMU寄存器 不会困在 EL2或EL3。

AMUv1 的固定计数器可以通过如下系统寄存器访问:

  • SYS_AMEVCNTR0_CORE_EL0
  • SYS_AMEVCNTR0_CONST_EL0
  • SYS_AMEVCNTR0_INST_RET_EL0
  • SYS_AMEVCNTR0_MEM_STALL_EL0

特定辅助计数器可以通过 SYS_AMEVCNTR1_EL0(n) 访问,其中n介于0到15。

详细信息定义在目录:arch/arm64/include/asm/sysreg.h。

用户空间访问

由于以下原因,当前禁止从用户空间访问 AMU 的寄存器:

  • 安全因数:可能会暴露处于安全模式执行的代码信息。
  • 意愿:AMU 是用于系统管理的。

同样,该功能对用户空间不可见。

虚拟化

由于以下原因,当前禁止从 KVM 客户端的用户空间(EL0)和内核空间(EL1) 访问 AMU 的寄存器:

  • 安全因数:可能会暴露给其他客户端或主机端执行的代码信息。

任何试图访问 AMU 寄存器的行为都会触发一个注册在客户端的未定义异常。