C64x+ DSP高速緩存一致性分析與維護(hù)

作者：時(shí)間：2010-01-15 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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高速緩存(CACHE)作為內(nèi)核和低速存儲(chǔ)器之間的橋梁，基于代碼和數(shù)據(jù)的時(shí)間和空間相關(guān)性，以塊為單位由硬件控制器自動(dòng)加載內(nèi)核所需要的代碼和數(shù)據(jù)。如果所有程序和數(shù)據(jù)的存取都由內(nèi)核完成，基于CACHE的運(yùn)行機(jī)制，內(nèi)核始終能夠得到存儲(chǔ)器中最新的數(shù)據(jù)。但是當(dāng)有其它可以更改存儲(chǔ)器內(nèi)容的部件存在時(shí)，例如不需要內(nèi)核干預(yù)的直接數(shù)據(jù)存取（DMA）引擎，就可能出現(xiàn)由于CACHE的存在而導(dǎo)致內(nèi)核或者DMA不能夠得到最新數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，也就是CACHE一致性的問(wèn)題。

C64x+ 存儲(chǔ)器架構(gòu)

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/173469.htm

德州儀器(TI)公司對(duì)高性能C64x核進(jìn)行了改進(jìn)，使其性能大副提升，稱(chēng)之為C64x+DSP核。C64x+系統(tǒng)的存儲(chǔ)器框圖如圖1所示。存儲(chǔ)器被分成了三級(jí)：第一級(jí)是L1，包含數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（L1D）和代碼存儲(chǔ)器(L1P)；第二級(jí)是代碼和數(shù)據(jù)共用存儲(chǔ)器（L2）；第三級(jí)是外部存儲(chǔ)器，主要是DDR2存儲(chǔ)器。L1P、L1D和L2的CACHE功能分別由相應(yīng)的L1P控制器、L1D控制器和L2控制器完成。表 1總結(jié)了C64x+平臺(tái)上可用的CACHE情況。

圖1 C64x+ 存儲(chǔ)器框圖

表 1 C64x+ CACHE特性

C64x+平臺(tái)上L1P用來(lái)存儲(chǔ)或者緩存代碼；L1D用來(lái)存儲(chǔ)或者緩存數(shù)據(jù)。L1P和L1D大小都是32K字節(jié)，可以分別配置0K、4KB、8KB、16KB或者32KB作為CACHE，其余作為代碼或者數(shù)據(jù)RAM。作為CACHE的部分，用來(lái)緩存L2和DDR2的數(shù)據(jù)或代碼。作為RAM的部分，可以存儲(chǔ)關(guān)鍵的代碼或者數(shù)據(jù)使得內(nèi)核能夠以很高的速度訪問(wèn)。C64x+平臺(tái)上L2 存儲(chǔ)器可用于存儲(chǔ)代碼和數(shù)據(jù)。L2上最大可以分配256K字節(jié)CACHE來(lái)緩存DDR2中的數(shù)據(jù)或代碼。L2中其余部分作為RAM存儲(chǔ)代碼和數(shù)據(jù)。

圖 2 內(nèi)核訪問(wèn)存儲(chǔ)器流程

高速緩存一致性問(wèn)題分析

在任何時(shí)刻，內(nèi)核或者其它主機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)時(shí)，由于CACHE的存在造成不能夠得到最近更新過(guò)的數(shù)據(jù)，就會(huì)出現(xiàn)CACHE一致性問(wèn)題。CACHE的一致性問(wèn)題分為兩個(gè)大類(lèi)：內(nèi)核讀一致性問(wèn)題和內(nèi)核寫(xiě)一致性問(wèn)題。在下面兩個(gè)小節(jié)中，分別描述了這兩種情況的模型：

內(nèi)核讀一致性模型

圖 3給出了內(nèi)核讀一致性的模型。在這個(gè)模型中，CACHE一致性問(wèn)題的存在取決于圖中虛線箭頭指示的第二步操作能否在內(nèi)核從CACHE中重新讀數(shù)據(jù)之前完成。如果不能，則會(huì)造成內(nèi)核讀取的數(shù)據(jù)不是其它主機(jī)更新后的數(shù)據(jù)，而是原來(lái)CACHE中的內(nèi)容，從而導(dǎo)致一致性的問(wèn)題。

圖 3 內(nèi)核讀一致性模型