Cache ======== 概述 ------ 应用子系统内置两个 32 KB cache，支持通过 cache 执行 Flash 内的指令（XIP）。 工作原理 ----------- Cache 主要用于把外部存储器（Flash、PSRAM、DMEM 等）映射到系统的内存空间，使 CPU 可以通过 Cache 实现透明访问这类大型存储空间，cache 屏蔽了这些外部存储器访问的复杂性。 Cache 本质上是基于缓存行（cache line）数据结构的一种多对一的映射，其工作原理如下图所示。 .. image:: ../../../_static/Cache_operation_principle.png :align: center .. centered:: Cache 工作原理 在上图中，cache 的存储空间是 32 KB，而 cache 由一系列的 cache line 组成，每个 cache line 是 32 bytes。system memory space（CPU 可见的内存空间）的每个 32 KB 的第一个 32 bytes 共享 cache 的第一个 cache line，由 TAG RAM 标识每个 cache line 的 32 bytes 所属的 32KB 空间。 每个 cache line 可采用 2-way 组相连模式。如下图所示，每个 cache line 有两个 32 bytes 的存储器，当发生缓存缺失（cache miss）时，替换两个 way 中的一个（一般是轮询的方式）从而降低 cache line 冲突概率，提高系统访问效率。 .. image:: ../../../_static/2-way_cache_operation_principle.png :align: center .. centered:: 多路 Cache 工作原理 WQ7036 的应用子系统有两个 2-way 32 KB cache，蓝牙子系统有一个 2-way 32 KB cache，DSP 子系统有一个 4-way 64 KB cache。 功能特性 ----------------- 应用子系统的缓存具备如下特性： - 支持“指定地址范围”的缓存清除（cache flush）操作。 - 支持全缓存清理（cache clear）操作。 - 支持 cache miss 统计。 - 支持“指定地址段范围”访问监测。 - 当多个 CPU 需要同时 XIP 时，由 SFC 硬件自动仲裁。 工作模式 ----------- Cache 主要有四种工作模式：Clear 模式、Flush 模式、Normal 模式以及 Monitor 模式。 Clear Mode ^^^^^^^^^^^^^^^^ 当设置 Clear mode 时，cache 内部的状态机会把 TAG memory 中的信息全部清空，清理完成后的 cache 是完全空白的。 在 clear 过程中，如果系统下发读/写操作，cache 会等 clear 操作完成后再响应这些操作。 如果 cache 正在进行读/写操作时 clear mode 生效，cache 会等待当前读/写操作完成后再响应 clear 操作。 .. admonition:: 说明 Clear 操作只清空 TAG memory 的信息。在这个过程中如果有 Dirty 的缓存行，不会对这些缓存行发起 Flush 操作，缓存行 dirty 数据会丢失。 Flash Mode ^^^^^^^^^^^^^^^^ 当设置 Flush mode 的时候，软件会预先设置一段将要 flush 的地址空间（起始地址、结束地址），cache 内部的状态机会扫描 TAG memory，检查待 flush 的地址空间内的 cache line 是否存在于 cache 中。 如果扫描到某个 cache line 需要 flush，则检查其是否为 dirty。 - 如果 dirty，则把这个 cache line 的数据 flush 到 external memory 中对应的位置，然后把这个 cache line 对应的 TAG 设置为无效。 - 如果这个 cache line 不是 dirty，则直接设置这个 cache line 对应的 TAG 为无效。 .. admonition:: 说明 Flush mode 主要是把 cache 中的 dirty 数据 flush 到 external memory 中，解决二者间数据不一致的问题。 Normal Mode ^^^^^^^^^^^^^^^^ normal mode 为 cache 的基本工作模式，此时，cache 正常响应系统的读写请求。 当 cache 被设置为 Normal mode 时： - 如果缓存命中（cache hit），则 cache 直接响应系统的读/写请求。 - 如果 cache miss，则自动进行 cache line data 的替换操作。 Monitor Mode ^^^^^^^^^^^^^^^^ Cache monitor mode 主要用于调试，需要软件预先配置好需要监测的地址空间段。 Cache 空间中可能存在多个堆栈。当堆栈数据被损坏的时候，cache 的 monitor 模式可以触发错误中断。 参数 **cache_acc_saddr** 和 **cache_acc_eaddr** 定义了监测时允许访问的空间。参数 **cache_mon_saddr** 和 **cache_mon_eaddr** 定义了监测时允许访问空间内部被禁止访问的空间。 当 CPU 访问到下图中黄色区域外的空间时，会触发访问错误告警。 .. image:: ../../../_static/Cache_MonitorMode.png :align: center API 介绍 ----------- .. doxygenfile:: wq_cache.h