ARM存儲(chǔ)器之：高速緩沖存儲(chǔ)器Cache

以上3點(diǎn)對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，影響更為明顯。

為了減少這種不利的影響，在ARM系統(tǒng)中引入了Cache內(nèi)容鎖定技術(shù)。這種技術(shù)允許編程人員人為地將一些關(guān)鍵代碼或數(shù)據(jù)預(yù)取到Cache中后，通過寄存器操作對(duì)其設(shè)定一定的屬性，這樣當(dāng)有Cache未命中發(fā)生，需要進(jìn)行Cache替換時(shí)，將這些數(shù)據(jù)保護(hù)起來(lái)，使這些關(guān)鍵代碼或數(shù)據(jù)不會(huì)被換出。

這種策略在很大程度上保證了處理器對(duì)關(guān)鍵代碼或數(shù)據(jù)訪問時(shí)的性能。

Cache的鎖定操作是分組塊（block）為單位進(jìn)行的，它的分塊方法如下。

為了敘述方便，作下述假設(shè)。

L（LengthoftheLine）：Cache的基本存儲(chǔ)單元行的大小。

A（Associativity）：表示每個(gè)Cache組中的行數(shù)。

N（NumberofSets）：Cache中的組數(shù)。

M表示Cache中的鎖定塊。

每個(gè)鎖定塊（lockdownblock）包括Cache每組中的一行。這樣Cache中共有A個(gè)鎖定塊，其編號(hào)為從0到A－1。其中編號(hào)為0的鎖定塊中包含Cache組0中的0＃行，組1中的0＃行，直到組A－1中的0#行。依此類推，鎖定塊1包含Cache組0中的1#行，組1中的1#行，直到組A－1中的1＃行。這樣每個(gè)鎖定塊中包含了N個(gè)Cache行。

當(dāng)編號(hào)為0～M的鎖定塊被鎖定在Cache中，編號(hào)為M+1～A的鎖定塊可以用于正常的Cache替換操作。

每一個(gè)鎖定塊都包含有N個(gè)不同組中的Cache行。建議程序在使用Cache鎖定時(shí)，使每個(gè)Cache塊中的N個(gè)Cache行映射的為存儲(chǔ)器中的連續(xù)地址。也就是說(shuō)，存儲(chǔ)器中N×L大小的聯(lián)系區(qū)域被映射到Cache中鎖定，這塊區(qū)域是Cache行邊界對(duì)齊的（如果一個(gè)Cache行包含4字節(jié)，那么被鎖定的區(qū)域要是4字節(jié)對(duì)齊的，如果一個(gè)Cache行包含8字節(jié)，那么被鎖定的Cache行就是8字節(jié)對(duì)齊的）。

在ARM的存儲(chǔ)管理體系中，主要依靠系統(tǒng)協(xié)處理器和協(xié)處理器的寄存器c9來(lái)實(shí)現(xiàn)和管理Cache鎖定。如果系統(tǒng)中使用的是數(shù)據(jù)和指令分離的Cache，那么就依靠協(xié)處理器指令MCR和MRC中的opcode>2來(lái)區(qū)分：

·opcode>=0使用數(shù)據(jù)Cache鎖定寄存器；

·opcode>=1使用指令Cache鎖定寄存器。

如果系統(tǒng)使用的是數(shù)據(jù)和指令統(tǒng)一的Cache，那么opcode2>要設(shè)置成0。

另外，無(wú)論是MCR指令還是MCR指令，指令中的CRm>通常設(shè)為c0。

寄存器c9有兩種主要的格式：格式A和格式B。

格式A的編碼如圖15.14所示。

圖15.14格式A編碼