ARM中的CACHE機(jī)制

Cache位于MMU前面靠近CPU稱為邏輯CACHE又叫虛擬Cache。CPU可以直接訪問(wèn)CACHE的數(shù)據(jù)，而ARM11（ARMV6）的結(jié)構(gòu)是CACHE在MMU后面CPU訪問(wèn)CACHE要通過(guò)MMU地址轉(zhuǎn)換

在DM6446的core用的是哈佛結(jié)構(gòu)，即把CACHE分為8K的D-CACHE（數(shù)據(jù)CACHE）和16K的I-cache(指令CACHE)

一個(gè)完整的CACHE分為CACHE控制器和CACHE存儲(chǔ)器

見(jiàn)下圖：

DavinciDM6446D-cache行應(yīng)為512行，cache存儲(chǔ)器主要分為三個(gè)部分：目錄存儲(chǔ)段（driectory-story），狀態(tài)信息段（statusinformation）和數(shù)據(jù)項(xiàng)段（datasection）每一行cache都包括這三部分。Cache用目錄存儲(chǔ)段來(lái)存儲(chǔ)主存的地址，數(shù)據(jù)項(xiàng)段存放的是主存的數(shù)據(jù)，在cache中用狀態(tài)信息段來(lái)記錄狀態(tài)信息，其中v表示有效位，d表示臟位，有效位記錄當(dāng)前cache行是活動(dòng)的，cache行的數(shù)據(jù)和主存中的數(shù)據(jù)是一致的，處理器可以讀取。臟位則表示cache行的數(shù)據(jù)和主存中的數(shù)據(jù)不一致。

在讀寫(xiě)請(qǐng)求到達(dá)存儲(chǔ)器前會(huì)被CACHE捕獲，cache存儲(chǔ)器將該請(qǐng)求分成三部分標(biāo)簽，組索引和數(shù)據(jù)索引域，cache通過(guò)組索引域確定可能包含地址和數(shù)據(jù)cache的行，cache存儲(chǔ)器檢查匹配的CACHE行的狀態(tài)標(biāo)簽，如果是V表示（cachehit）命中，否則cache失效（cachemiss）在cache失效時(shí)從主存吧cache行考到CACHE存儲(chǔ)器

主存中的部分內(nèi)容存放在cache中的最簡(jiǎn)單方式是直接映射，在一個(gè)直接映射中，主存的地址唯一對(duì)應(yīng)cache行，因?yàn)橹鞔嫒萘亢艽笏灾鞔娴暮芏嗟刂酚成涞酵粋€(gè)cache行

見(jiàn)下圖：

在DM6446中內(nèi)存為128M（bootargs設(shè)為128M）8K的D-CACHE則128×1024/8=16384映射一個(gè)cache行。由于cache的速度大大大于低速的主存速度，因此需要寫(xiě)緩沖器。

Cache的寫(xiě)策略分為直寫(xiě)策略和回寫(xiě)策略。同時(shí)向cache行和相應(yīng)的主存位置寫(xiě)數(shù)據(jù)，同時(shí)更新這兩個(gè)地方的數(shù)據(jù)的方法稱為直寫(xiě)策略（writethrough），把數(shù)據(jù)寫(xiě)入cache行，不寫(xiě)入主存的或者只有當(dāng)cache被替換時(shí)或清理cache行時(shí)才寫(xiě)入主存的策略稱為回寫(xiě)策略（writeback）。采用回寫(xiě)策略時(shí)，當(dāng)處理器cache命中，只向cache存儲(chǔ)器寫(xiě)數(shù)據(jù)，不寫(xiě)入主存，主存里的數(shù)據(jù)就和cache里不一致，cache里的數(shù)據(jù)是最新的，主存里的數(shù)據(jù)是早前的。這就用cache存儲(chǔ)器信息狀態(tài)標(biāo)志位了，當(dāng)向cache存儲(chǔ)器里某行寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，置相應(yīng)行的信息標(biāo)志臟位為1，那么主控制器下次訪問(wèn)cache存儲(chǔ)器就知道cache里有主存沒(méi)有的數(shù)據(jù)了，把數(shù)據(jù)寫(xiě)回到主存中去。

當(dāng)一個(gè)cache訪問(wèn)失效時(shí)，cache控制器必須從當(dāng)前有效行中取出一個(gè)cache行存儲(chǔ)從主存中取到的信息，被選中替換的cache行稱為丟棄者，如果這個(gè)cache行中臟位為1則應(yīng)把該cache行中的數(shù)據(jù)回寫(xiě)到主存中，而替換策略決定了那個(gè)cache行會(huì)被替換，在arm926ejs中ARM支持兩種策略：輪轉(zhuǎn)策略和偽隨機(jī)策略。輪轉(zhuǎn)策略就是取當(dāng)前cache行的下一行，偽隨機(jī)策略是控制器隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)值。

當(dāng)cache失效時(shí)，ARM采取兩種方式分配cache行，一種是讀操作（read-allocate）還有一種是讀-寫(xiě)分配策略（read-write-allocate），當(dāng)cache未命中時(shí)對(duì)于讀操作策略，在對(duì)cache存儲(chǔ)器讀操作時(shí)才會(huì)分配cache行