libc 解析 take.1 (spu_run syscall)-CELLプロセッサ

これから数回に渡って、"PPE Serviced SPE C Library Functions" について解説しようと思います。この処理は SPE thread, Linux kernel, libspe が密接にからんでいますが、1 回目は Linux kernel が行う処理についてです。

この処理の詳細は libraries_SDK.pdf p.66 "4.2 PPE Serviced SPE C Library Functions" にあります。

4.2 PPE Serviced SPE C Library Functions

The SPE constructs a local store image of the input and outout parameters.
The SPE creates a 32-bit message consisting of an opcode and pointer to the local store parameter image array.
The SPE executes a Stop and Signal instruction.
The PPE detects the Stop and Signal.
The PPE invoke a specialist to service the request according to the message opcode.
The PPE services the requested function.
The PPE returns results in the local store image array.
The PPE resumes SPE execution.
The SPE returns that results back to the caller.

この内、Linux kernel が行うのは 4. だけで、実際には SPE thread の実行を開始する spu_run システムコールの内部で処理されています。spu_run に関してはドキュメントがlinux/Documentation/filesystems/spufs.txt にあるので訳してみますと、、

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SPU_RUN(2)                 Linux Programmer's Manual                SPU_RUN(2)



名前
       spu_run - spu context を実行する


SYNOPSIS
       #include 

       int spu_run(int fd, unsigned int *npc, unsigned int *event);

DESCRIPTION
       The  spu_run system call is used on PowerPC machines that implement the
       Cell Broadband Engine Architecture in order to access Synergistic  Pro-
       cessor  Units  (SPUs).  It  uses the fd that was returned from spu_cre-
       ate(2) to address a specific SPU context. When the context gets  sched-
       uled  to a physical SPU, it starts execution at the instruction pointer
       passed in npc.

       spu_run システムコールは Cell Broadband Engine Architecture を実装した 
       PowerPC 上で Synergistic Processor Units (SPUs) にアクセスするために使
       用される。SPU context を特定するために spu_create(2) の返り値である fd
       を使用する。context が物理 SPU を獲得後、npc で指定された命令ポインタの
       さす命令の実行を開始する。

       Execution of SPU code happens synchronously, meaning that spu_run  does
       not  return  while the SPU is still running. If there is a need to exe-
       cute SPU code in parallel with other code on either  the  main  CPU  or
       other  SPUs,  you  need to create a new thread of execution first, e.g.
       using the pthread_create(3) call.

       SPU 命令は同期的に実行されるため、SPU 実行中は spu_run は復帰しません。
       メイン CPU や他の SPU 上のコードと並列に実行する必要のある時は、例えば 
       pthread_create(3) を使用して、最初に新しいスレッドを生成する必要があり
       ます。

       When spu_run returns, the current value of the SPU instruction  pointer
       is  written back to npc, so you can call spu_run again without updating
       the pointers.

       spu_run から復帰する時に SPU 命令ポインタの現在値が npc に書き込まれるた
       め、命令ポインタを更新することなく再度 spu_run を呼び出すことができます。

       event can be a NULL pointer or point to an extended  status  code  that
       gets  filled  when spu_run returns. It can be one of the following con-
       stants:

       event は NULL ポインタか spu_run から返る時の拡張ステータスコードが格納
       されるポインタを指定でき、その値は以下の定数にいづれかになる。

       SPE_EVENT_DMA_ALIGNMENT
              A DMA alignment error

       SPE_EVENT_SPE_DATA_SEGMENT
              A DMA segmentation error

       SPE_EVENT_SPE_DATA_STORAGE
              A DMA storage error

       If NULL is passed as the event argument, these errors will result in  a
       signal delivered to the calling process.

       event 引数に NULL が指定された場合、これらのエラーはシグナルとして呼び出
       したプロセスに配送される。


返り値
       spu_run  returns the value of the spu_status register or -1 to indicate
       an error and set errno to one of the error  codes  listed  below.   The
       spu_status  register  value  contains  a  bit  mask of status codes and
       optionally a 14 bit code returned from the stop-and-signal  instruction
       on the SPU. The bit masks for the status codes are:

       spu_run は spu_status レジスタの値か、エラーを指す -1 を返し、以下に示す
       エラーコードのいづれかを errno に格納する。spu_status レジスタの値はステ
       ータスコードのビットマップと、SPU 上で実行された stop-and-signal 命令で
       指定された 14 ビットの値を含む。ステータスコードのビットマスクは、

       0x02   SPU was stopped by stop-and-signal.

       0x04   SPU was stopped by halt.

       0x08   SPU is waiting for a channel.

       0x10   SPU is in single-step mode.

       0x20   SPU has tried to execute an invalid instruction.

       0x40   SPU has tried to access an invalid channel.

       0x3fff0000
              The  bits  masked with this value contain the code returned from
              stop-and-signal.

       There are always one or more of the lower eight bits set  or  an  error
       code is returned from spu_run.

       下位 8 ビットの内、常に 1 つ以上のビットが立ったものか、エラーコードが
       spu_run から返される。

エラー
       EAGAIN or EWOULDBLOCK
              fd is in non-blocking mode and spu_run would block.

       EBADF  fd is not a valid file descriptor.

       EFAULT npc is not a valid pointer or status is neither NULL nor a valid
              pointer.

       EINTR  A signal occured while spu_run was in progress.  The  npc  value
              has  been updated to the new program counter value if necessary.

       EINVAL fd is not a file descriptor returned from spu_create(2).

       ENOMEM Insufficient memory was available to handle a page fault result-
              ing from an MFC direct memory access.

       ENOSYS the functionality is not provided by the current system, because
              either the hardware does not provide SPUs or the spufs module is
              not loaded.


ノート
       spu_run  is  meant  to  be  used  from  libraries that implement a more
       abstract interface to SPUs, not to be used from  regular  applications.
       See  http://www.bsc.es/projects/deepcomputing/linuxoncell/ for the rec-
       ommended libraries.

       spu_run は SPU へのより抽象的なインタフェースを実装するライブラリから使
       用することが意図されており、通常のアプリケーションから使用されることは意
       図されていない。推奨するライブラリとしては
       http://www.bsc.es/projects/deepcomputing/linuxoncell/ を参照。

準拠
       This call is Linux specific and only implemented by the ppc64 architec-
       ture. Programs using this system call are not portable.

       この関数は Linux 特有であり、ppc64 アーキテクチャでのみ実装されている。
       このシステムコールを使用したプログラムはポータブルではない。

バグ
       The code does not yet fully implement all features lined out here.

       コードはここに記述した機能を全て実装していない。

筆者
       Arnd Bergmann 

関連項目
       capabilities(7), close(2), spu_create(2), spufs(7)



Linux                             2005-09-28                        SPU_RUN(2)

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と長々と訳してみましたが、関連部分を超要約すると、"SPE thread は PPE に何かしてほしい場合は、お願いをオペランドに指定して stop 命令を発行してね。で、PPE thread は spu_run の返り値としてお願いを受け取ることができるから、お願いに応じて実際の処理をしてちょ〜だい" ということです。

返り値についてもエラーでなければ CBE_Public_Registers_v10.pdf p.75 "3.4.3.4 SPU Status Register (SPU_Status)" の値がそのまま返り値となります。

あと、注意する点としては spu_run から復帰した時は SPE thread は必ず止まっているということです。この後、PPE thread が spufs 経由で SPE のメモリイメージ (/spu/*/mem) を読み書きをしますが、止まっていない場合は spufs 経由のメモリイメージへ書き込みをしても正しく反映されません。(この処理で扱うシステムコールは同期的なので当然止まっているわけですが、、)

内部的には、SPE スケジューラやコンテキストの処理がからんできて結構難しいのですが、今回説明する処理を理解する上では spu_run システムコールの仕様がわかっていれば十分なのでこの辺でお茶を濁しておきます。

libc 解析 take.1 (spu_run syscall)-CELLプロセッサ

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