概述
在CPU实现LOCK指令时,需要考虑到多核CPU的并发访问问题。一种常用的实现方式是在CPU内部添加一个锁控制单元,该单元负责控制对共享资源的访问
锁控制单元通常由几个逻辑门组成
在实现基于总线的锁机制时,锁控制单元可以由一个锁定信号线和一个锁定控制器组成
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当一个CPU需要访问共享资源时,它会向总线发送一个请求信号,并在锁定信号线上发送一个锁定请求
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锁定控制器会检查其他CPU是否已经获得了锁,并阻止其他CPU访问共享资源直到当前CPU释放锁定
在实现基于缓存的锁机制时,锁控制单元通常由一个缓存控制器和一个锁定状态字组成
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当一个CPU需要访问共享资源时,它会向缓存发送一个请求,并在锁定状态字上设置锁定标志
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缓存控制器会检查其他CPU是否已经获得了锁,并阻止其他CPU访问共享资源直到当前CPU释放锁定
例子
实现 LOCK 指令需要使用硬件锁实现并发保护。这里给出一个简化的单周期 CPU 加入 LOCK 指令的 verilog 代码示例
module cpu (
input clk,
input rst,
input [7:0] inst,
input [31:0] data_in,
output [31:0] data_out
);
reg [31:0] reg_file[31:0];
reg [31:0] pc;
// 锁定信号
reg lock;
// 锁定内存地址
reg [31:0] locked_addr;
always @(posedge clk) begin
if (rst) begin
pc <= 0;
lock <= 0;
locked_addr <= 0;
end else begin
case (inst)
// ADD 指令
8'b00000000: reg_file[inst[11:7]] <= reg_file[inst[20:16]] + reg_file[inst[25:21]];
// SUB 指令
8'b00000001: reg_file[inst[11:7]] <= reg_file[inst[20:16]] - reg_file[inst[25:21]];
// LW 指令
8'b10001111: reg_file[inst[20:16]] <= data_in;
// SW 指令
8'b10101111: data_out <= locked_addr == reg_file[inst[20:16]] ? data_in : data_out;
// LOCK 指令
8'b11111111: begin
lock <= 1;
locked_addr <= reg_file[inst[20:16]];
end
// 其他指令
default: // 略
endcase
if (!lock) begin
pc <= pc + 4
end else begin
// 判断是否解锁
if (inst != 8'b11111111 || inst[20:16] != locked_addr[20:16]) begin
lock <= 0;
end
end
end
end
endmodule
在上述代码中,我们添加了一个 lock 信号和一个 locked_addr 寄存器来实现 LOCK 指令
当执行 LOCK 指令时,将 lock 设为 1,将 locked_addr 设为要锁定的地址
在执行 SW 指令时,根据 locked_addr 判断是否需要进行写操作
当遇到新的指令或指令操作的地址发生变化时,判断是否需要解锁,即将 lock设为 0
标签:LOCK,31,reg,指令,锁定,CPU From: https://blog.csdn.net/weixin_40398522/article/details/137498127