在ETAS的AUTOSAR中實(shí)現(xiàn)Spinlock的設(shè)計(jì)

現(xiàn)在的車(chē)載控制器，多核的MCU用的是越來(lái)越多了，對(duì)于不同核之間的共享數(shù)據(jù)保護(hù)，也是必須的，其中Spinlock就是常用的一種。

01.

Spinlock介紹

Spinlock也即自旋鎖，是一種輕量級(jí)的多核間的數(shù)據(jù)同步機(jī)制。一個(gè)任務(wù)想要訪問(wèn)被Spinlock保護(hù)的共享資源，必須先得到鎖，在訪問(wèn)完共享資源后釋放鎖。如果在獲取自旋鎖時(shí)，沒(méi)有任何執(zhí)行單元保持該鎖，那么將立即得到鎖；如果在獲取自旋鎖時(shí)鎖已經(jīng)有持有者， 那么需要自旋等待該鎖的保持者釋放了鎖。

在ETAS的AUTOSAR中，實(shí)現(xiàn)Spinlock的兩個(gè)基本操作獲取鎖xx_GetLockInternal()和釋放鎖xx_ReleaseLockInternal()。

對(duì)于獲取鎖接口，其內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)原理如下：

第一步先判斷是哪個(gè)核上的任務(wù)正在使用xx_GetLockInternal()；

判斷鎖是否已經(jīng)被同當(dāng)前核獲取過(guò)但沒(méi)有釋放，如果是的話(huà)，就進(jìn)行鎖嵌套累加， 繼續(xù)執(zhí)行代碼，如果沒(méi)有被當(dāng)前核獲取過(guò)再進(jìn)行下一步判斷；

掛起正在使用xx_GetLockInternal()的當(dāng)前核的中斷，確保當(dāng)前任務(wù)不被切換，也就是說(shuō)不被高優(yōu)先級(jí)任務(wù)或者中斷任務(wù)打斷；

測(cè)試鎖的狀態(tài)，該才做必須以原子操作訪問(wèn)Spinlock的鎖標(biāo)志。

如果鎖狀態(tài)被本核占用則進(jìn)行鎖嵌套，如果是其他核占用則首先釋放該核中斷， 然后重復(fù)執(zhí)行上面兩步測(cè)試鎖的狀態(tài)，直到其他核釋放了鎖。如果鎖狀態(tài)為空閑， 則設(shè)置其為占用狀態(tài)，這就成功地?fù)屨剂随i。

對(duì)于釋放鎖接口，其內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)原理如下：

首先判斷是哪個(gè)核上的線(xiàn)程正在使用xx_ReleaseLockInternal()；

判斷當(dāng)前鎖是否被該核占用，如果不是說(shuō)明接口調(diào)用不匹配則復(fù)位，如果是則進(jìn)行 下一步的判斷；

判斷鎖是否被本核嵌套， 如果是則嵌套次數(shù)減減， 如果沒(méi)有則清除鎖的狀態(tài)；

釋放該核的中斷。

02.

Spinlock使用原則

所有臨界區(qū)代碼都需要加鎖保護(hù)，否則就達(dá)不到保護(hù)效果。也就是，訪問(wèn)共享資源的多個(gè)任務(wù)需要協(xié)同工作共同加鎖才能保證不出錯(cuò)。在實(shí)際寫(xiě)代碼時(shí)，有時(shí)會(huì)忘掉這個(gè)，導(dǎo)致出現(xiàn)各種稀奇古怪的問(wèn)題，并且很難排查。

Spinlock保護(hù)的代碼執(zhí)行時(shí)間要盡量短， 因?yàn)榕R界區(qū)太大，持有時(shí)間太長(zhǎng)，其他任務(wù)可能面臨長(zhǎng)時(shí)間等待，降低了系統(tǒng)性能。

Spinlock 所保護(hù)的代碼在執(zhí)行過(guò)程中不能睡眠, 任務(wù)在持有自旋鎖時(shí)如果進(jìn)入 Sleep狀態(tài)，則可能導(dǎo)致死鎖。

審核編輯：劉清