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Original:Activity Monitors Unit (AMU) extension in AArch64 Linux
Translator: Bailu Lin <bailu.lin@vivo.com>
Hu Haowen <src.res@email.cn>

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。

基本支持

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。

用戶空間訪問

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。

虛擬化

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。