ARM中有与rdtsc等效的指令吗？

Question

对于我的项目我必须使用内联汇编指令例如rdtsc来计算一些C/C++指令的执行时间。

以下代码似乎适用于 Intel，但不适用于 ARM 处理器：

{unsigned a, d;asm volatile("rdtsc" : "=a" (a), "=d" (d)); t0 = ((unsigned long)a) | (((unsigned long)d) << 32);}
//The C++ statement to measure its execution time
{unsigned a, d;asm volatile("rdtsc" : "=a" (a), "=d" (d)); t1 = ((unsigned long)a) | (((unsigned long)d) << 32);}
time = t1-t0;

我的问题是：

如何编写类似于上面的内联汇编代码（计算指令的执行时间）以在ARM处理器上工作？

Answer 1

您应该读取协处理器

PMCCNTR

（不是实际的协处理器，只是CPU函数的入口点）的

p15

寄存器来获取周期计数。请注意，只有在以下情况下，它才可用于非特权应用程序：

1. 允许非特权

   PMCCNTR

   读取：

   PMUSERENR

   寄存器的位0必须设置为1（官方文档）

2. PMCCNTR

   实际上是在计算周期：

   PMCNTENSET

   寄存器的位31必须设置为1（官方文档）

这是一个真实世界的示例，说明它是如何完成的。

Answer 2

对于 Arm64，系统寄存器

CNTVCT_EL0

可用于检索计数器 用户空间。

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
u64 rdtsc(void)
{
    u64 val;

    /*
     * According to ARM DDI 0487F.c, from Armv8.0 to Armv8.5 inclusive, the
     * system counter is at least 56 bits wide; from Armv8.6, the counter
     * must be 64 bits wide.  So the system counter could be less than 64
     * bits wide and it is attributed with the flag 'cap_user_time_short'
     * is true.
     */
    asm volatile("mrs %0, cntvct_el0" : "=r" (val));

    return val;
}

请参阅此补丁https://lore.kernel.org/patchwork/patch/1305380/了解更多详细信息。

Answer 3

我在这里找到了一个非 GPL，但关于读取 ARM64 上系统实时计数器的 BSD 源代码：https://github.com/cloudius-systems/osv/blob/master/arch/aarch64/arm-clock.cc

更好的是，那里的代码不仅像

rdtsc()

在 Intel/AMD 上那样提供某种滴答声，它甚至还报告这些滴答声的频率。是的，它在多核上的所有核心上都是同步的。因此它对很多事情都很有用，包括基准测试或跟踪线程池中的线程等。当然，它不会具有系统时钟的长期稳定性，系统时钟通过

 同步到外部时间源ntp

。

引用的代码中定义的

class arm_clock

对于许多目的来说可能有点过分了。例如，它还展示了如何设置硬件计时器，这是普通用户模式进程可能没有权限执行的操作。以下是读取 TSC 和频率的最重要部分的摘录。它可以在 Intel、AMD 和 ARM 上与最新的 GCC 良好地编译。当然，频率读数仅在 ARM 上提供：

#ifdef __ARM_ARCH_ISA_A64
// Adapted from: https://github.com/cloudius-systems/osv/blob/master/arch/aarch64/arm-clock.cc
uint64_t rdtsc() {
    //Please note we read CNTVCT cpu system register which provides
    //the accross-system consistent value of the virtual system counter.
    uint64_t cntvct;
    asm volatile ("mrs %0, cntvct_el0; " : "=r"(cntvct) :: "memory");
    return cntvct;
}

uint64_t rdtsc_barrier() {
    uint64_t cntvct;
    asm volatile ("isb; mrs %0, cntvct_el0; isb; " : "=r"(cntvct) :: "memory");
    return cntvct;
}

uint32_t rdtsc_freq() {
    uint32_t freq_hz;
    asm volatile ("mrs %0, cntfrq_el0; isb; " : "=r"(freq_hz) :: "memory");
    return freq_hz;
}
#else
#include <x86intrin.h>
uint64_t rdtsc(){ return __rdtsc(); }
#endif

我测试的执行时间在

rdtsc()

为7 ns，

rdtsc_barrier()

为30 ns，与Intel和AMD非常相似。