ARM Linux 大小核切换——cortex-A7 big.LITTLE 大小切换代码分析

8核CPU或者是更多核的处理器，这些CPU有可能不完全对称。有的是4个A15和4个A7，或者是4个A57和4个A53，甚至像海思麒麟935处理器（4核A53 2.2 GHz + 4核A53 1.5 GHz），这8个核的频率可能不一样，则使用过程中需要大小核切换（频率高的是大核，频率低的是小核）。本文以ARM cortex-A7为例，分析大小核切换的代码，着重于分析实现切换的代码，对于为什么要这样切换、以及什么时候切换，不做过多探讨。

主要代码分布：

arch/arm/common/bL_switcher.c

arch/arm/include/asm/bL_switcher.h

drivers/cpufreq/Arm_big_little.c

编译后形成的两个驱动模块：

__initcall_bL_switcher_init6

__initcall_bL_cpufreq_register7

执行流程图如下所示。

上图的左边是bL_switcher_init执行流程。

右边是切换线程bL_switcher_thread执行流程，这个线程是核心代码。代码的上半部分是一个CPU在运行，然后这个CPU完成下电后。下半部分蓝色所示，是起来的那个CPU在运行，这样就完成了大小核的切换操作。

1 bL_switcher_init

bL_switcher_init执行流程如下：

如果最大CPU组数（簇）不为2，则报错，然后返回

bL_running_cluster赋值1，默认设为是第一簇在运行

no_bL_switcher初值为FALSE

         bL_switcher_enable

                   bL_switcher_halve_cpus 关闭不必要的CPU

                   为每个online的CPU创建切换线程bL_switcher_thread

                   bL_switcher_active赋值1

bL_switcher_sysfs_init 创建sys/kernel/bL_switcher

bL_switcher_restore_unpaired_cpus 恢复不成对的CPU，给它们上电

创建完sys/kernel/bL_switcher，则可以通过下面的命令，手动查看/设置能否切换、查看/设置切换那个簇的CPU。

         cat  /sys/kernel/bL_switcher/active

         echo  0/1  >  /sys/kernel/ bL_switcher/active

         cat  /sys/kernel/bL_switcher/do_switch

         echo  0/1  >  /sys/kernel/ bL_switcher/ do_switch

2 切换请求bL_switch_request

这是个内联函数，需要两个参数，第一个是CPU的ID，第二个是簇号，内核调到的有三处。

一是在Arm_big_little.c：bL_cpufreq_set_rate：需要不同的簇切换时；

二、三是在执行echo  0/1 > /sys/kernel/ bL_switcher/ do_switch ，调用到bL_do_switch_store函数，这里面判断是否需要切换

这个内联函数，直接执行bL_switch_request_cb，参数是前面的2个，再加上两个NULL。

bL_switch_request_cb：

         判断第一个参数CPU的ID是否超出范围；

         获取当前CPU的线程函数指针

         赋值wanted_cluster

         唤醒当前线程函数的工作队列

3 切换线程bL_switcher_thread

bL_switcher_thread执行流程：

等待事件。满足事件的两个可能条件：

         一是上面的bL_switch_request_cb函数，唤醒线程，且切换到的CPU簇数不为-1；

         二是bL_switcher_disable函数调用kthread_stop，唤醒线程

bL_switch_to

找到成对的CPU ID ，簇号

mcpm_cpu_power_up 给CPU上电，跳转到 mcpm_entry_point

gic_send_sgi 给其发送0号软中断

wait_for_completion_timeout(&inbound_alive  等待它给我发送软中断 IPI_COMPLETION

关闭IRQ、FIQ

迁移中断到对应的CPU上

关闭时钟Tick

cpu_pm_enter        gic_cpu_save 保存中断设置

cpu_suspend   这个跟睡眠的流程很相似

         bL_switchpoint

                   call_with_stack       arch/arm/lib/call_with_stack.S      若失败了，是可以返回的

                            bL_do_switch

                            让刚起来的CPU跳转到cpu_resume，给其发送sev

                            若handshake变量为0，则进入wfe

                                     等待不为0后，mcpm_cpu_power_down对自身断电

call_with_stack： 携带的三个参数，第一个是函数，第二个是函数调用时用到的参数，第三个是栈地址

将SP、LR依次放入栈的顶部

SP赋值让开两个寄存器后的地址

R0赋给R2

R1赋给R0

LR赋值下面的标号1处

R2赋给PC，即跳转到R2

若失败了，则跳转到LR处，就是标号1处

弹出LR

弹出SP

LR赋给PC，跳转到了bL_switchpoint，调用call_with_stack函数的地方。

此处设置真是巧妙，不同簇对应的CPU ID都是0，则刚起来的CPU正好能通过下面的步骤

mcpm_entry_point  -> cpu_resume -> cpu_do_resume=cpu_v7_do_resume -> cpu_resume_mmu -> 再次跳转到上面调用__cpu_suspend处继续运行了。

即要下电的CPU刚保存后堆栈，又被刚上电的CPU恢复了。

接下来就是上电的CPU再运行了。

cpu_pm_exit gic_cpu_restore 恢复中断设置

时钟接着运行 Tick，两个CPU用到的节拍Timer是同一个。

开启IRQ、FIQ

*handshake_ptr = 1;

dsb_sev 给那个CPU发送事件

这样就完成了CPU的切换，这个函数的前一半是一个CPU在执行，后一半变成了另一个CPU在执行。

4 bL_cpufreq_register

获取bL_switcher_active的值，将这个值（真或者假）设置给bL_switching_enabled变量；

初始化互斥锁cluster_lock；

注册cpufreq_driver驱动bL_cpufreq_driver。

如果上面的驱动注册成功，则将bL_switcher_notifier 挂在bL_activation_notifier链表上；

         若挂载失败，则卸载驱动bL_cpufreq_driver

bL_cpufreq_driver定义如下：

static struct cpufreq_driver bL_cpufreq_driver = {

         .name                         = "arm-big-little",

         .flags                           = CPUFREQ_STICKY,

         .verify                          = bL_cpufreq_verify_policy,

         .target                        = bL_cpufreq_set_target,

         .get                    = bL_cpufreq_get_rate,

         .init                     = bL_cpufreq_init,

         .have_governor_per_policy = true,

         .attr                   = bL_cpufreq_attr,

};

若bL_cpufreq_driver注册成功，执行下面的命令，就可以看到有个驱动是arm-big-little。

cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_available_governors

         conservative ondemand userspace powersave interactive performance

cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governors

         interactive

cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_driver

         arm-big-little

用bL_cpufreq_driver这种调频策略时，就会执行到bL_cpufreq_set_target，然后执行bL_cpufreq_set_rate，则有可能调用到bL_switch_request。