[参考译文] AM6442：使用__xin __XOUT 访问 HW SPINLOCK

您好 Stefan、

我正在与 Pratheesh 核实有关在 M_SPINLOCK_QUADE 之后调用 M_SPINLOCK_RELEASE 的注释。

要确认:普拉泰什的代码是否适用于您?  

我需要对硬件设计进行更多深入研究、以解读 TRM 中的信息、并可能修复一些措辞。 但是、如果 Pratheesh 的代码有效、这对我们来说是一个很好的起点。

对于未来的读者、您可以在此处查看完整的解释：
https://github.com/TexasInstruments/open-pru/issues/120

但代码摘要是

; first, acquire the spinlock
M_SPINLOCK_ACQUIRE .macro

; do NOT need to XOUT to R1.b0, just set R1.b0
LDI R1.b0, SPINLOCK_ID ; can range from 0-63, fixed in PRU firmware

; XIN to request ownership of spinlock
; 0 means did not get ownership, so loop
$1:
XIN INT_SPIN_XID, &R1.b3, 1
QBBC $1, R1.b3, 0
.endm

; later, release the spinlock with XOUT
M_SPINLOCK_RELEASE .macro
XOUT INT_SPIN_XID, &R1.b3, 1
.endm

关于 register.byte 表示法

是的、寄存器符号为[R1.B3][R1.B2][R1.B1][R1.b0]。 有关更多信息、请参阅 OpenPRU 汇编指令速查表：
https://github.com/TexasInstruments/open-pru/blob/main/docs/PRU%20Assembly%20Instruction%20Cheat%20Sheet.md

关于 SPINLOCK 的 TRM 章节呢？  

我也不理解 TRM 文档。 我将研究硬件正在执行的确切操作、并提交错误以更新“TRM"一“一章。

到目前为止尚未解决的问题：

1) 在表中、内部/外部、内部/外部 0（宽边 ID 0x91 - PRU 内核是否也可以调用此功能？）的含义是什么？ /外部 1（宽边 ID 0x92，同一问题）

2) 如何使用 R1.b0？ 写信给它,否则不要触摸它? XOUT R1.b0 来执行某些操作？ 如果是这样, XOUT 会完成什么,因为 Spinlock 已经窥探了它?

3) 什么是“引起仲裁行动“/固定仲裁的意思? 这与“仲裁事件“有何关系？

4) 释放旋锁（清除）,您应该 XOUT R1.B3 还是 R1.b0 ?

5) 确认：PRU 内核应与宽边接口交互、PRU 子系统之外的内容应通过 ICSSG_SPIN_LOCK0 / ICSSG_SPIN_LOCK1 寄存器进行交互？ 其他 PRU 子系统是使用备用宽边 ID 还是对寄存器进行读取/写入？

此致、

Nick

您好、Nick、

我已经检查了 Pratheesh asm 代码、可以确认它有效。

我编写了一个小型测试程序、将汇编器函数与 C 函数进行比较：

汇编器部分为 Pratheesh 代码：

    .global spinlock_acquire
spinlock_acquire:
    MOV    R1.b0, R14.b0
$1:
    XIN INT_SPIN_XID, &R1.b3, 1
    QBBC $1, R1.b3, 0
    JMP    R3.w2

    .global spinlock_release
spinlock_release:
    MOV    R1.b0, R14.b0
    XOUT INT_SPIN_XID, &R1.b3, 1
    JMP    R3.w2

和 C 部分：

（很抱歉放置图片-代码插入不起作用）

这是我观察到的情况：

在以下情况下运行 C 版本可以正常工作：
*您在代码中的重要行执行任何 (8、16 或 24) 移位操作
*您没有优化（例如-O2）

如果使用 O2 进行编译、即使最初调用 spinlock_release（后跟延迟）、两个内核也无法获取 LOCK（仅每个内核的 DEBUG_PIN_SHIFT_C 切换）。

如果不在重要线路上执行移位操作、则只有一个内核获取（并释放）LOCK（打开和关闭 DEBUG_PIN_SHIFT_B）、并且永远不会等待它（永远不会切换其 DEBUG_PIN_SHIFT_C）。 另一个内核无法获取锁并持续等待（切换其 DEBUG_PIN_SHIFT_C）。

此致、

Stefan

您好 Stefan、

感谢您迄今为止的调试。 希望在我们两个人之间、我们可以找出预期的行为。

您的测试的后续

我能否让您在 C 语言中检查不同测试代码生成的汇编代码？ 这可能有助于我们了解您为何在不同的优化设置下看到不同的行为。

我能想到的一个潜在问题是 r1.b0 值被 spinlock 窥探、而不管 XIN/XOUT 如何（据我们所知）。 但我认为 C 编译器通常不会跟踪寄存器编号 — 我不记得是否可以像您定义的 R30 那样定义 R1、然后希望 C 将该寄存器值单独保留。 可能 C 编译器会向该寄存器位字段写入不同的值、从而混淆 spinlock 命令。

有关组合 C 语言和汇编语言的更多资源、请参阅 PRU 入门实验、网址为：
https://dev.ti.com/tirex/explore/node?isTheia=false&node=A__AfG7HXFogfKtAWtxs36Cag__AM64-ACADEMY__WI1KRXP__LATEST 

有关如何保留生成的汇编代码的指导、请参阅 PRU 入门实验>实验 3：编译。

如果使用 CCS：Advanced Options > Assembler 选项
https://dev.ti.com/tirex/explore/node?isTheia=false&node=A__AUR8lo3Cik3JV1avCUKaGw__AM64-ACADEMY__WI1KRXP__LATEST

如果使用 makefile：C 编译器设置
https://dev.ti.com/tirex/explore/node?isTheia=false&node=A__ARYD7uMfUFtdM7yNuJ9Tlg__AM64-ACADEMY__WI1KRXP__LATEST

查看源文件进行更新  

还在这里挖掘一切。 在 TRM 表中、您可以忽略“External0/External1"条“条目。

每个 PRU_ICSSG 有 1 个 spinlock 实例。 如“内部“所示、当您访问自己 PRU 子系统中的 SPINLOCK 时、“External0/External1"可能“可能是指允许一个 PRU_ICSSG 实例中的 PRU 内核使用宽边接口快速访问另一个 PRU_ICSSG 实例中的 SPINLOCK 的直接连接。 似乎这部分文档是从 AM65x 复制/粘贴的、AM65x 具有 3 个 PRU_ICSSG 实例（因此有 2 个“外部“ spinlock 实例）。 AM64x 只有 2 个 PRU_ICSSG 实例、因此我不希望这两个实例都适用... 不过我仍在跟踪信号。

此致、

Nick

其他更新：最重要的是保留 r1.b0 的值  

好吧、从源代码看、实际上并不像 spinlock 使用任何数据、而是要与 spinlock 实例交互的数据、该实例存储在 R1.b0 中。 因此、无论您做什么、都只保留该数据字节。

目前、我只研究了 PRU 内核访问其自身 PRU 子系统中 spinlock 的用例。 还需要了解信号如何在不同 PRU 子系统之间连接。

请求旋锁的步骤  

1) 在 r1.b0 中设置 spinlock 实例的值

2) 对 0x90 执行 XIN。 您需要为命令提供存储请求结果的位置（成功/失败）。 因此、您可以按照上面的说明对 R1.B3 执行 Xin 操作、但我希望这可以与 R1.B1、R2.B3 等任意组合一起使用

3) 检查返回值,确认是否实际获得了旋锁

松开旋锁的步骤  

1)  在 r1.b0 中设置 spinlock 实例的值（或只是确保该值未被修改）

2) 执行 XOUT 到 0x90。 spinlock 实际上并不使用来自 XOUT 的任何数据、因此使用 R1.B3、R1.B1 等并不重要、而且该数据字节中的值无关紧要。

未决问题  

PRU 子系统之间的连接是什么样子的？
- AM64x 上甚至有 0x91 或 0x92 连接吗? 如果是、则 连接了哪一个？
-连接了哪些 PRU 内核? 所有 6 个内核？ 一次 4 个内核、您需要在哪里切换一个位以在 PRU 内核或 TX_PRU 内核之间进行选择？
-如果只有 4 个信号从 ICSSGm 0x91/92 输出,但有 6 个输入信号进入 ICSSGn 0x91/92 ,所有这些信号是否真的活跃?  

如果您使用宽度大于 1 字节的 XIN 或 XOUT、会发生什么情况？ 例如、是否为所有宽度填充 XIN 零、或者不会覆盖较高的位？

此致、

Nick

嗨、Nick、

下面是要 diff 的 asm 文件（--keep_asm 的输出）。 一个带 O2、另一个没有启用优化。

感谢您的检查！

e2e.ti.com/.../main_5F00_O2.asme2e.ti.com/.../main_5F00_noO2.asm

您好、Nick、


为了检查功能、我更改了您的主要部分：

e2e.ti.com/.../changed_5F00_main.c

查看它在日志分析器上的工作情况。

然后代码编译并加载、但不起作用：引脚 DEBUG_PIN_SHIFT_C 始终在两个内核上切换（两者都在等待 spinlock_acquire）。

如果我更换您的 ASM 线路：
XIN         0x90, &R14.b0, 1

搭配这两个：
XIN         0x90, &R1.b3, 1
MOV         R14.b0, R1.b3

一切都按预期运行。
         
为了完整起见,我附上了图片中的原始测试代码,以便查看#ifdef-paths 更多 easy.e2e.ti.com/.../4606.main.c
我还重新检查了编译 C 时的结果（不是 ASM-codepath ）,有和没有 O2 设置。
我得到了同样的结果:没有 XOUT 指令在优化版本中找到。 唯一的 XOUT 是：
$C$DW8美元  .dwtag DW_TAG_subprogram
  .dwattr $C$DW8美元、DW_AT_NAME（“__XOUT")“）
  .dwattr $C$DW8美元、DW_AT_TI_SYMBOL_NAME（“__XOUT")“）


在 XIN 之前、XOUT 之后、固件应该有>= 8 个时钟：
->他们没有在 TRM 中为 INT_SPIN_ID（我们的 0x90）写入此值、他们提到仅为 EXT_SPIN_ID（例如 0x91、0x92）写入此值

您好 Stefan、

Spinlock 通信必须使用 R1 及其含义

良好的调试,感谢反馈使用除 R1 以外的寄存器接收 spinlock XIN 不起作用。

如果 SPINLOCK 返回状态使用标准宽边接口路径、我们可以使用任何寄存器。 但看起来返回状态信号实际上是单独的侧通道。 我不具备在源代码中准确跟踪 PRU 内核的消耗情况的专业知识、但您的测试使其看起来像是信号以某种方式连接到 R1。 在这种情况下、我将只记录 TRM R1.B3 中记录的字节。

作为我自己的参考、您之前说过如果您使用其他 R1 字节、也可以使用它吗？
Xin      0x90、&R1.B2、1
Xin      0x90、&R1.b1、1

如果我们必须使用 R1、而我们不想覆盖 R1.b0 中的标志值、我认为在 C 代码中使用___ xin () 就不能了。 据我所知、__xin 在不写入.b0 的情况下无法写入.b1、.b2、.b3。

您还需要做什么？  

您是否需要从您的身边任何其他东西来不断取得进步？

我仍在研究 PRU 子系统之间的 SPINLOCK 连接、但仍需要更新 TRM 文档并发布示例代码、但这不应成为您的阻止程序。

更新了示例代码  

感谢您发布您的示例代码、非常感谢。 我将提取示例中的元素、如下所示：

/*
 * SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
 * Copyright (C) 2026 Texas Instruments Incorporated - http://www.ti.com/
 */

#include <stdint.h>

/* Declaration of the external assembly functions (defined in spinlock.asm) */
/*
 * NOTE: These functions are written to use BS_ID = 0x90, which is the spinlock
 * in the local PRU subsystem. A separate function would be needed for
 * accessing spinlocks in a different PRU subsystem.
 */
uint8_t spinlock_acquire(uint8_t flag_id);
void spinlock_release(uint8_t flag_id);

/* Spinlock values */
#define SPINLOCK_FLAG 11 /* Value 0-63 */

/* Debug signals */
/* R30 is used to write to PRU GPO signals */
/* TODO: implement pinmuxing for signals as discussed in GPIO lab */
volatile register uint32_t __R30;
/* TODO: Verify PRU0 defined in makefile */
/* TODO: update shift value based on specific board pinmuxing */
#if PRU0
#define DEBUG_PIN_SHIFT 4 /* PRU0 debug pin */
#else
#define DEBUG_PIN_SHIFT 5 /* PRU1 debug pin */
#endif

/* Number of clocks for each PRU to hold the spinlock */
#if PRU0
#define HOLD_SPINLOCK_TIME 1000 /* PRU0 holds for 1000 clocks */
#else
#define HOLD_SPINLOCK_TIME 2000 /* PRU1 holds for 2000 clocks */
#endif

void main(void)
{
        uint8_t result = 0;
        /* zero out all PRU GPO signals */
        __R30 = 0x00000000;

        while(1) {
                /* loop until we get the spinlock */
                result = 0;
                do {
                        result = spinlock_acquire(SPINLOCK_FLAG);
                } while (result != 1);

                /* toggle debug signal high while we hold the spinlock */
                __R30 |= (1 << DEBUG_PIN_SHIFT);

                __delay_cycles(HOLD_SPINLOCK_TIME);

                /* now release the spinlock */
                spinlock_release(SPINLOCK_FLAG);

                /* toggle debug signal low after releasing the spinlock */
                __R30 &= ~(1 << DEBUG_PIN_SHIFT);
        }

        /* This program will not reach __halt because of the while loop */
        __halt();
}

; SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
; Copyright (C) 2026 Texas Instruments Incorporated - http://www.ti.com/

;******************************************************************************
; Build Configuration
;******************************************************************************

; Required for building .out with assembly file
    .retain
    .retainrefs

;******************************************************************************
; uint8_t spinlock_acquire(uint8_t flag_id);
;******************************************************************************

; .sect ".text:spinlock_acquire" places all code below the .sect directive into
; the .text section, grouped into a subsection named "spinlock_acquire"
    .sect       ".text:spinlock_acquire"
    .clink
    .global     spinlock_acquire

spinlock_acquire:

;------------------------------------------------------------------------------
;   Function input arguments are stored in R14-R29.
;   flag_id is a uint8_t (8-bit), so it is stored in R14.b0.
;   The return value (uint8_t) is stored in R14.b0.
;
;   For more details about how function arguments are stored in registers,
;   reference the document "PRU Optimizing C/C+ Compiler User's Guide",
;   section "Function Structure and Calling Conventions"
;------------------------------------------------------------------------------

    ; 1) Copy flag_id from R14.b0 to R1.b0 for the spinlock hardware
    MOV         R1.b0, R14.b0

    ; 2) XIN: Request spinlock flag. The spinlock hardware writes the result
    ;    (0 = not acquired, 1 = acquired) into R1.b3.
    ;    NOTE: Uses BS_ID = 0x90 (spinlock in the local PRU subsystem).
    ;    A separate function would be needed for a different PRU subsystem.
    XIN         0x90, &R1.b3, 1
    MOV         R14.b0, R1.b3

    ; Return from spinlock_acquire. Return value (lock status) is in R14.b0.
    JMP         r3.w2

;******************************************************************************
; void spinlock_release(uint8_t flag_id);
;******************************************************************************

    .sect       ".text:spinlock_release"
    .clink
    .global     spinlock_release

spinlock_release:

;------------------------------------------------------------------------------
;   Function input arguments are stored in R14-R29.
;   flag_id is a uint8_t (8-bit), so it is stored in R14.b0.
;   No return value.
;
;   For more details about how function arguments are stored in registers,
;   reference the document "PRU Optimizing C/C+ Compiler User's Guide",
;   section "Function Structure and Calling Conventions"
;------------------------------------------------------------------------------

    ; 1) Copy flag_id from R14.b0 to R1.b0 for the spinlock hardware
    MOV         R1.b0, R14.b0

    ; 2) XOUT: Release the spinlock flag. The spinlock hardware looks at
    ;    R1.b0 for the flag ID when it receives an XOUT command.
    ;    NOTE: Uses BS_ID = 0x90 (spinlock in the local PRU subsystem).
    ;    A separate function would be needed for a different PRU subsystem.
    XOUT        0x90, &R1.b3, 1

    ; Return from spinlock_release
    JMP         r3.w2

此致、

Nick

您好、Nick、

感谢您的提问 — 我可以：我可以使用当前的 C 实现（因为我不使用优化 — 仍然想知道，为什么编译器会丢弃___ xout，但可以）。

它看起来是有线的、但已经过测试：

uint32_t obj = lock_id & SPINLOCK_ID_MASK;
__xin(SPINLOCK_DEV, SPINLOCK_BASE_REGISTER, SPINLOCK_USE_REMAPPING, obj);

将更改 OBJ 中的 byte[3]-这将反映 R1.B3
这是为什么

if (((obj >> 24) & 0x01) == 1) { /* acquired */ }

可行。

尽管它看起来像一个由值调用的函数、但值会以某种方式发生变化。
但编译器用户指南清楚地说明了：
void __xout ( unsigned int device_id, unsigned int base_register , unsigned int use_remapping , void& object );
->就像 fas void&一样“清晰“在 c.

对于您的问题、如果我们可以使用 R1.B3 以外的其他功能、答案是“否“：只有 R1.B3 有效（已测试）。

“[...]你之前说过如果你做了其他 R1 字节也可以用“：我说的是、在 C-Code-I 中、我可以使用 3 个（4 个）字节来释放 spinlock：

uint32_t obj = (lock_id & SPINLOCK_ID_MASK) << 24;   // works
uint32_t obj = (lock_id & SPINLOCK_ID_MASK) << 16;   // works
uint32_t obj = (lock_id & SPINLOCK_ID_MASK) << 8;    // works
uint32_t obj = (lock_id & SPINLOCK_ID_MASK)          // does not work

__xout(SPINLOCK_DEV, SPINLOCK_BASE_REGISTER, SPINLOCK_USE_REMAPPING, obj);

这是最初的问题。

实际上、对于 ASM-VERSION、设置的 R1 字节来解锁特定 spinlock 至关重要：

LDI         R1, 0
MOV         R1.b0, R14.b0
XOUT        0x90, &R14.b0, 1

它必须为 r1.b0、其他值不起作用（已测试）。

因此、我仍然想知道、对于带有__XOUT-的 C-Code、谁将 r1.b0 设置为正确的 spinlock_id？ 用户可能会想：如果我将 uint32 的 b0 设置为 spinlock_id、则它将映射到 r1.b0。 但事实并非如此。 这是 R1.b0 设置不正确的唯一情况。 所有其他情况都在做这项工作。 但谁在做这种映射？ 我的意思是、 _xout 是一个通用的“函数“（不仅适用于 spinlock）、我认为它使用的“映射“总是相同的：uint32_t 转至 R1.b0、依此类推。

此致、

Stefan