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嵌入式編程需注意的Cache機制及其原理
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時(shí)間：2010-06-06
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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如果沒(méi)有Cache的影響，結果應該是55 aa aa?？梢?jiàn)，Cache關(guān)閉再打開(kāi)的確可造成Cache數據過(guò)時(shí)。
3其他CPU解決方案
Atmel公司的AT91RM9200和Samsung公司的S3C44B0，用這兩種CPU先后移植過(guò)操作系統，且在對外設訪(fǎng)問(wèn)的整個(gè)過(guò)程中Cache都是使能的。它們的解決方案是什么呢?
AT91RM9200是ARM9系列帶有MMU的CPU。MMU對內存有分頁(yè)管理功能，可以實(shí)現多個(gè)進(jìn)程的內存空間保護。Cache是通過(guò)MMU管理的，這也是Cache和MMU經(jīng)常同時(shí)存在的原因。
S3C44B0和S3C4510B同樣都是Samsung公司產(chǎn)品，并且都不帶MMU。與S3CA510不同的是，S3C4480自帶的SFR可以配置非緩存范圍，即使Cache使能，所設置范圍的地址空間訪(fǎng)問(wèn)也不通過(guò)Cache實(shí)現。這樣，可以很方便地實(shí)現內存是緩存區，其他外設是非緩存區。
這兩種方案對于S3C4510B都無(wú)法實(shí)現。網(wǎng)絡(luò )上有人用volatile關(guān)鍵字解決外設訪(fǎng)問(wèn)問(wèn)題。volatile關(guān)鍵字是在源代碼中給編譯器看的，它可能影響編譯器的編譯結果，但是最終CPU執行都體現到匯編語(yǔ)句，如果匯編語(yǔ)句都不能解決Cache問(wèn)題，volatile語(yǔ)句也是不可能解決的。
對于易變數據的外設使用volatile關(guān)鍵字是應該的，可避免編譯器的優(yōu)化，比如以下語(yǔ)句：
在兩次讀取portAdd地址的數據相同時(shí)等待，可以用到等待信號跳變的程序。如果將volatile關(guān)鍵字去除，有可能經(jīng)編譯器優(yōu)化，Value2不會(huì )從實(shí)際的portAdd地址讀取數據，而是利用Valuel讀取語(yǔ)句的中間寄存器直接獲得。
4 本文解決方案
由S3C4510B手冊上第5節的第4頁(yè)可知，可以通過(guò)兩種方式保證Cache數據的正確：
①對Cache映射表的Tag RAM數據清零。Cache映射表數據一般是通過(guò)上電復位清零的，如果Cache或內存段的設置被修改，則會(huì )造成Cache映射表數據廢棄，這時(shí)就需要通過(guò)程序對Cache映射表數據清0。
②S3C4510B提供非Cache方式訪(fǎng)問(wèn)控制位，控制位ADDR[26](地址線(xiàn)26位)為“1”時(shí)，按非Cache方式訪(fǎng)問(wèn)。因此，Cache使能的情況下，地址0x000 0000～0x3FFFFFF按Cache方式訪(fǎng)問(wèn)，而0x400 0000～0x7FF FFFF按非Cache方式訪(fǎng)問(wèn)。實(shí)際上，0x000 0000+offset與0x400 0000+offset(offset在0x000 0000～0X3FF FFFF之間)是同一地址，不同的是Cache是否起作用。
可以得到兩種解決方案：
(1)Cache映射表手動(dòng)更新 既然在開(kāi)關(guān)Cache之后內容過(guò)時(shí)，并且CPU不會(huì )自動(dòng)刷新，可以通過(guò)手動(dòng)更新的辦法來(lái)拋棄廢舊信息。也就是說(shuō)，將Tag RAM區(前面所說(shuō)的Cache映射表)清除，這樣所有Cache數據區的內容都不使能，再次讀取數據時(shí)同時(shí)更新Cache映射表和Cache數據區內容，之后才能使用。清除操作將Tag RAM的1 KB內容清零，需要消耗一定時(shí)間；并且這樣操作后Cache是0命中率的，只有一定訪(fǎng)問(wèn)次數后Cache信息重新填滿(mǎn)，才能恢復正常的命中率。因此，頻繁地開(kāi)關(guān)Cache時(shí)采用這種方案是不可取的。
(2)bit26位控制Cache使能
S3C4510B的地址線(xiàn)為26位(bit0～bit25)，實(shí)際上CPU可訪(fǎng)問(wèn)空間為32位(bit0～bit31)。一般我們都不使用bit26～bit31，不過(guò)S3C4510B的這些位有著(zhù)特殊的控制功能。通過(guò)bit26的高電平可以禁止該地址的Cache功能，因此將外設的地址由原來(lái)的ADDR_PORT改為(ADDR PORTO(126))，就可以實(shí)現外設訪(fǎng)問(wèn)時(shí)Cache不使能。這樣就不用改為SYSCFG的Cache使能控制位。比較來(lái)看，SYSCFG的Cache使能位是控制整個(gè)CPU訪(fǎng)問(wèn)的Cache使能與否，而bit26只控制當前訪(fǎng)問(wèn)的一個(gè)具體地址的Cache使能與否。采用這種解決方案理論上有依據，并且可以最大程度發(fā)揮CPU的功能。
5 修改程序后的試驗結果
修改Cache解決方案后，可以解決內存訪(fǎng)問(wèn)錯誤的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)測試，采用“bit26位控制Cache使能”的方案可以順利訪(fǎng)問(wèn)外設，代碼執行始終是在Cache使能的情況下，并且不影響內存數據。若完全關(guān)閉Cache的程序，執行同樣代碼需要花費5～8倍的時(shí)間。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/157381.htm
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