說明：

本文講述的是armv8-aarch64、armv9架構(gòu)在設(shè)計模式上，本文帶有一些個人的見解，如有不同的見解，可以評論區(qū)或微信群參與討論。

思考：

1、一個大的系統(tǒng)里，有多少個Timer？這些Timer的作用分別是什么？這些Timer有什么區(qū)別？它們的精確度有什么不同嗎？

2、Linux Kernel的Tick使用的是哪個Timer？watchdog是用的哪個Timer？

3、一個ARM Core里有又多少個Timer？不同軟件系統(tǒng)中的Timer的使用方式有何不同嗎？

4、應(yīng)用程序中的 setitimer()這樣的函數(shù)是否會調(diào)用到底層程序？

5、應(yīng)用程序要讀取當(dāng)前系統(tǒng)時間戳的時候，是否需要調(diào)用到kernel space? 在glibc中是否就可以實現(xiàn)了？

6、什么是arch timer？什么是SOC Timer、apb timer、memory-mapped timer？

7、對于arch timer，又分為物理timer和虛擬timer？那么什么時候使用物理timer，什么時候使用虛擬timer？為什么？

8、EL1和S-EL1中使用的arch timer是如何隔離的？（這里所說的隔離是指寄存器如何隔離的，中斷如何隔離的）9、EL3 Physical Timer對應(yīng)的寄存器為什么是xxxEL1, 不應(yīng)該是xxxEL3嗎？

1、系統(tǒng)里面有多少個Timer？

如上圖所示，在一個SOC中一定/可能存在：

core timer（也叫arch timer），每個core中都有這個Timer

SOC Timer（也叫apb timer、memory-mapped Timer），可能會有多個，可以存在以下這樣的:

(1) 、一個專門給Non-secure 使用的timer

(2) 、一個專門給Secure 使用的timer

(3) 、一個專門用于特定用途的timer

(4) 、綁定core的Timer，例如8個timer，固定某個timer給某個core使用

2、每一個core里面又有多少個Timer

2.1、四個物理Timer

EL1 Physical Timer不區(qū)分secure和non-secure，但在ATF的switch cpucontext的時候，會保存和恢復(fù)相關(guān)寄存器，所以從軟件視角來看是有兩套寄存器，也就是有non-secure EL1PhysicalTimer和secure EL1PhysicalTimer，這也是最最理想的設(shè)計方案。然而非常非常非常非常的遺憾的是，寄存器通過軟件switch cpucontext可以變成2套，但中斷呢？中斷是無法同時給non-secure和secure同時使用的，也無法做到中斷在Security State之間的隔離。既然這樣，說明這樣的硬件是一個"非常嚴(yán)重"的問題，那么我們看下軟件是怎么使用的呢？

（1）Linux Kernel正常使用，在讀取counter值、counter頻率的同時，也會設(shè)置CTL、CVAL、TVAL等相關(guān)寄存器，也會觸發(fā)和處理30中斷(EL1 Physical Timer的默認(rèn)中斷號是30)；

（2）optee中，僅僅是讀取counter值、counter頻率的同時，就可以計算時間戳了。optee不會讀取CTL、CVAL、TVAL等相關(guān)寄存器，當(dāng)然也不會觸發(fā)和處理30中斷了。

以上便是軟件基于“硬件缺陷”而進(jìn)行的設(shè)計，自然也不會出現(xiàn)什么問題。然后你說ARM Timer有缺陷就有缺陷了？你真的懂它們的設(shè)計嗎？事實上ARM的設(shè)計中，也考慮了上面描述的問題。你仔細(xì)看看它的EL3PhysicalTimer，他的寄存器的名字竟然是xxx_EL1（而不是xxx_EL3）,也就是說它本身就是想給secure security用的(EL3也屬于secure security)。另外我也參考了具體的arm core trm手冊，發(fā)現(xiàn)EL3PhysicalTimer所對應(yīng)的中斷號(29號中斷)的signal configuration描述為"Secure EL1 Pyhsical Timer"。我們再查一下BL32（Secure EL1）的參考程序trusted-firmware-a/bl32/tsp/tsp_timer.c, 它操作的也正是EL3PhysicalTimer。

總結(jié):

（1）、EL1PhysicalTimer不區(qū)分secure和non-secure，在secure和non-secure之間也無法做到隔離。一般情況下它是給NS-EL1使用的。當(dāng)然S-EL1如果是僅僅讀取counter和頻率獲取當(dāng)前時間戳，也是可以用的，但這不應(yīng)該是建議的。因為這樣造車non-secure也可以竊取到secure側(cè)的時間戳。

（2）、EL3PhysicalTimer的本意就是想給secure用的，包括EL3和S-EL1

EL2 Physical Timer給non-secure EL2使用的

S-EL2 Physical Timer給secure EL2使用的

EL3 Physical Timer給Secure使用的，包括EL3和S-EL1

2.2、三個虛擬Timer

EL1VirtualTimer主要是給EL1 OS(guest os)使用的，那么對于一個操作系統(tǒng)，它到底是使用 EL1PhysicalTimer還是使用 EL1VirtualTimer ? 由宏控決定，在編譯的時候就決定了。例如你這個OS沒有跑在VM中，那么就使用 EL1PhysicalTimer，如果你這個OS是要跑在VM中的，那么就使用 EL1VirtualTimer

EL2PhysicalTimer是很好理解的，就是給EL2管理程序使用的嘛，但是 EL2VirtualTimer是給誰用的呢? 這里就需要一點虛擬化的概念了， EL2VirtualTimer是給Host App使用的。

審核編輯 ：李倩