ARM系列-WFI和WFE指令介紹

今天來(lái)看兩個(gè)特殊的指令，WFI（Wait For Interrupt）和WFE（Wait For Event）。這兩條指令的語(yǔ)法非常簡(jiǎn)單，不需要帶任何參數(shù)。如果大家讀過(guò)前面文章，肯定對(duì)中斷（interrupt）不陌生。至于事件（event），與中斷有點(diǎn)像，不同的是處理器對(duì)二者的處理方式不一樣?？梢韵葘⑹录斫獬商厥獾闹袛?。

先看WFI，首先，我們研究一下ARM處理器進(jìn)入低功耗狀態(tài)的機(jī)制。當(dāng)一個(gè)處理器核的工作負(fù)載不高時(shí)，可以通過(guò)降壓降頻（DVFS）的方式來(lái)讓處理器運(yùn)行在較低的頻率，從而降低整個(gè)芯片的功耗。如果處理器的沒(méi)有工作負(fù)載，完全空閑下來(lái)，這時(shí)就需要其它方法讓處理器進(jìn)入更低的功耗模式。

如果大家對(duì)ACPI有一些了解，就知道其中定義的“睡眠（sleep）”模式就有好幾種，每種模式對(duì)應(yīng)的電源和時(shí)鐘狀態(tài)不同。處理器芯片進(jìn)入空閑狀態(tài)的大體順序應(yīng)該是這樣的，應(yīng)用處理器（Application Processor）判斷是否具備進(jìn)入空閑狀態(tài)的條件，如果滿(mǎn)足條件則進(jìn)行一些準(zhǔn)備工作；發(fā)消息給系統(tǒng)控制器（System control processor）；等待全部操作執(zhí)行完；執(zhí)行WFI進(jìn)入空閑狀態(tài)；等待系統(tǒng)控制器做出下一步動(dòng)作，或者關(guān)閉時(shí)鐘，或者關(guān)閉電源等等。

從WFI這個(gè)名字可以看出，喚醒（wake up）處理器的一個(gè)機(jī)制就是發(fā)送中斷給處理器。與A系列處理器搭配的中斷處理器是GIC，這在前面介紹過(guò)。GIC接到中斷后，產(chǎn)生喚醒信號(hào)給系統(tǒng)控制器或者是電源管理模塊（Power Management Unit），系統(tǒng)控制器或者PMU根據(jù)處理器核的狀態(tài)以及系統(tǒng)狀態(tài)，決定下一步的動(dòng)作。

如果喚醒信號(hào)是給系統(tǒng)控制器，則可以考慮接到系統(tǒng)控制器的中斷處理接口，比如，采用M系列作為系統(tǒng)控制器時(shí)，可以接到NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller）。喚醒機(jī)制要根據(jù)具體情況具體分析，法無(wú)定法。

WFE與WFI很像，只不過(guò)等待的是事件，也就是說(shuō)系統(tǒng)可以通過(guò)發(fā)送事件來(lái)喚醒應(yīng)用處理器。WFE的一個(gè)典型應(yīng)用場(chǎng)景是自旋鎖。當(dāng)多個(gè)應(yīng)用處理器競(jìng)爭(zhēng)同一個(gè)臨界區(qū)資源時(shí)，只有一個(gè)應(yīng)用處理器能獲得權(quán)限，其它的應(yīng)用處理器需要等待臨界區(qū)資源被釋放，也就是這些應(yīng)用處理器“自旋”。

當(dāng)然操作系統(tǒng)也可以采取其它的處理方式，比如把時(shí)間片分給其它的應(yīng)用程序，不過(guò)這不在今天的研究范疇。顯然，應(yīng)用處理器簡(jiǎn)單的“自旋”對(duì)于功耗不友好，一個(gè)解決辦法就是讓這些“自旋”的應(yīng)用處理器進(jìn)入一種低功耗模式，獲得臨界區(qū)資源的應(yīng)用處理器在完成當(dāng)前進(jìn)程后，喚醒這些應(yīng)用處理器去重新競(jìng)爭(zhēng)臨界區(qū)資源。這時(shí)的喚醒機(jī)制不宜采取中斷方式，因?yàn)樾什桓摺?/p>

ARM中采用的是事件方式，即通過(guò)執(zhí)行SEV（Send Event）指令向其它應(yīng)用處理器發(fā)送喚醒的事件。

WFI和WFE還有一種變體形式，WFIT和WFET，其中的T是超時(shí)（timeout）的意思，也就是說(shuō)，喚醒機(jī)制多了一種超時(shí)的方式，沒(méi)有中斷或者事件產(chǎn)生，時(shí)間到了也會(huì)發(fā)出喚醒。