tsc之x86、armv8的cpu如何获取高精度时间戳以及高精度时间
作者：互联网
替换x86 rdtsc汇编指令_鲲鹏通用_TaiShan服务器代码移植参考_移植相关问题处理_嵌入式汇编类问题_华为云 (huaweicloud.com)
替换rdtsc汇编指令_鲲鹏处理器_处理器指令替换案例集_源码修改类案例_华为云 (huaweicloud.com)
http://ilinuxkernel.com/?p=1755
在编程时，我们往往需要获取高精度的时间点，尤其是在进行性能测试的时候，当测试的代码本身执行的时间就很短的时候，用低精度的时间戳是很难进行测试的。下面将总结一下对于不同cpu在这方面的实现。
（1）x86一种读时间戳实现方式
在x86架构中，由于cpu的tsc和系统的tsc以及频率都是采用统一的频率，例如有些都是采用2500MHz。 本代码来源于pcie-lat项目。
下面这种方式计算stc是最准确的，连续两条指令之间大概在32个cycle之间。至于关于x86的寄存器以及内部实现原理希望哪位大佬帮忙普及一下，
实在是对x86的汇编以及寄存器一无所知。
#define get_tsc_top(high, low) \ asm volatile ("cpuid \n\t" \ "rdtsc \n\t" \ "mov %%edx, %0 \n\t" \ "mov %%eax, %1 \n\t" \ :"=r" (high), "=r"(low) \ : \ :"rax", "rbx", "rcx", "rdx"); \ #define get_tsc_bottom(high, low) \ asm volatile ("rdtscp \n\t" \ "mov %%edx, %0 \n\t" \ "mov %%eax, %1 \n\t" \ "cpuid \n\t" \ :"=r" (high), "=r"(low) \ : \ :"rax", "rbx", "rcx", "rdx"); \ get_tsc_top(tsc_high_before, tsc_low_before); get_tsc_bottom(tsc_high_after, tsc_low_after);
tsc_start = ((u64) tsc_high_before << 32) | tsc_low_before;
tsc_end = ((u64) tsc_high_after << 32) | tsc_low_after;
tsc_diff = tsc_end - tsc_start;
实现第二种方式：这种方式的误差稍微大一下，可能是它并没有将rdtsc寄存器和rdtscp寄存器配合使用。稍后查查他们的原理。
static uint64_t Rdtsc(void)
{
uint32_t lo,hi;
__asm__ __volatile__ ("ifence; rdtsc": "=a" (lo), "=d" (hi));//ifence指令也可以不用
return (uint64_t)hi << 32 | lo;
}
（2）armv8--系统寄存器读系统时间戳
armv8读取时间戳有两种方式，首先是系统时间戳和系统频率。
以下是鲲鹏，注意其他cpu可能外部频率不是100MHz
static uint64_t Rdtsc()
{
uint64_t count_num;
current_speed = 2400;//这个是cpu的频率2400MHz
extern_clock = 100;//这个是系统频率，100MHz。也叫外部频率。
__asm__ __volatile__("mrs %0, cntfreq_el0\n\tisb\n\t": "=r"(extern_clock));这句话也可以读出来系统频率
__asm__ __volatile__("mrs %0, cntcvt_el0" : "=r"(count_num)) ；
return count_num *(current_speed / extern_clock);
}
为什么要这样做呢？实际上cntcvt_el0寄存器读出来的时间戳是系统的时时间戳，由于系统频率和cpu频率都是已知的，那么我们就可以利用这个关系进行转换，将系统时间戳乘以这个系数。其实这里是有一些问题的，因为cntcvt_el0的时间戳是之间的时间比较长的（因为系统频率一般比较低300MHz一下），这样加入一条指令之间的时间要短于这个时间戳，系统也会自动加1，这样误差其实就很大了。
（3）armv8-cpu时间戳相当于x86的rdtsc寄存器
在armv8中，有一个PMCCNTR_EL0的寄存器，默认情况下，需要内核使能才能读取。
用户态代码：
static uint64_t Rdtsc(void)
{
uint64_t count_num;
__asm__ __volatile_("mrs %0, pmccntr_el0": "+r"(count_num));
return count_num;
}
驱动模块，在驱动中实现对寄存器的使能。不过这段代码，我尝试在init初始化函数
asm volatile("mrs %0, PMCCNTR_EL0" : "=r"(cval));
asm volatile("mrs %0, PMCCNTR_EL0" : "=r"(cval));
发现这里两个cval的值竟然相同！！！！！！！！！！！，不理解为什么！！！
/*
* Author: Yiquan Chen这个作者的代码，此处引用。该网站有时候无法访问，所以直接粘贴了
* http://www.ilinuxkernel.com
* ilinuxkernel@gmail.com
* Enable user-mode ARM performance counter access.
*/
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/smp.h>
#define PERF_DEF_OPTS (1 | 16)
#define PERF_OPT_RESET_CYCLES (2 | 4)
#define PERF_OPT_DIV64 (8)
#define ARMV8_PMCR_MASK 0x3f
#define ARMV8_PMCR_E (1 << 0) /* Enable all counters */
#define ARMV8_PMCR_P (1 << 1) /* Reset all counters */
#define ARMV8_PMCR_C (1 << 2) /* Cycle counter reset */
#define ARMV8_PMCR_D (1 << 3) /* CCNT counts every 64th cpu cycle */
#define ARMV8_PMCR_X (1 << 4) /* Export to ETM */
#define ARMV8_PMCR_DP (1 << 5) /* Disable CCNT if non-invasive debug*/
#define ARMV8_PMCR_LC (1 << 6) /* Cycle Counter 64bit overflow*/
#define ARMV8_PMCR_N_SHIFT 11 /* Number of counters supported */
#define ARMV8_PMCR_N_MASK 0x1f
#define ARMV8_PMUSERENR_EN_EL0 (1 << 0) /* EL0 access enable */
#define ARMV8_PMUSERENR_CR (1 << 2) /* Cycle counter read enable */
#define ARMV8_PMUSERENR_ER (1 << 3) /* Event counter read enable */
static inline u32 armv8pmu_pmcr_read(void)
{
u64 val=0;
asm volatile("mrs %0, pmcr_el0" : "=r" (val));
return (u32)val;
}
static inline void armv8pmu_pmcr_write(u32 val)
{
val &= ARMV8_PMCR_MASK;
isb();
asm volatile("msr pmcr_el0, %0" : : "r" ((u64)val));
}
static inline long long armv8_read_CNTPCT_EL0(void)
{
long long val;
asm volatile("mrs %0, CNTVCT_EL0" : "=r" (val));
return val;
}
static void enable_cpu_counters(void* data)
{
u32 val=0;
asm volatile("msr pmuserenr_el0, %0" : : "r"(0xf));
armv8pmu_pmcr_write(ARMV8_PMCR_LC|ARMV8_PMCR_E);
asm volatile("msr PMCNTENSET_EL0, %0" :: "r" ((u32)(1<<31)));
armv8pmu_pmcr_write(armv8pmu_pmcr_read() | ARMV8_PMCR_E|ARMV8_PMCR_LC);
printk("\nCPU:%d ", smp_processor_id());
}
static void disable_cpu_counters(void* data)
{
u32 val=0;
printk(KERN_INFO "\ndisabling user-mode PMU access on CPU #%d",
smp_processor_id());
/* Program PMU and disable all counters */
armv8pmu_pmcr_write(armv8pmu_pmcr_read() |~ARMV8_PMCR_E);
asm volatile("msr pmuserenr_el0, %0" : : "r"((u64)0));
}
static int __init init(void)
{
u64 cval;
u32 val;
isb();
asm volatile("mrs %0, PMCCNTR_EL0" : "=r"(cval));
printk("\nCPU Cycle count:%llu \n", cval);
asm volatile("mrs %0, PMCNTENSET_EL0" : "=r"(val));
printk("PMCNTENSET_EL0:%lX ", val);
asm volatile("mrs %0, PMCR_EL0" : "=r"(val));
printk("\nPMCR_EL0 Register:%lX ", val);
on_each_cpu(enable_cpu_counters, NULL, 1);
printk(KERN_INFO "Enable Access PMU Initialized");
return 0;
}
static void __exit fini(void)
{
on_each_cpu(disable_cpu_counters, NULL, 1);
printk(KERN_INFO "Access PMU Disabled");
}
module_init(init);
module_exit(fini);
Makefile
obj-m := pmu.o KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build PWD := $(shell pwd) all: $(MAKE) -C $(KDIR) SUBDIRS=$(PWD) modules clean: $(MAKE) -C $(KDIR) SUBDIRS=$(PWD) clean
标签：__,x86,高精度,tsc,high,volatile,寄存器,asm 来源： https://www.cnblogs.com/luckdog0623/p/16361422.html