cache 是用来干什么的, 他和DDR有什么区别?

qiujinlin369 2009-4-19 15:36 楼主

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沙发 taotao39329112

cache为CPU内部存储器访问速度最快
DDR为外部存储

点赞 2009-4-19 21:08

牛人说的，拿出来分享一下：
cache是高速缓冲, 解决高速cpu和相对低速sdram的速度瓶颈而设计的, 也知道cache是SRAM, 这个SRAM不同于我们挂在51外部总线的SRAM, 那个sram速度可不快, 几十ns, 可能是制造工艺不同, cache速度很快,和cpu相当,要比sdram快很多, sdram最快也就133M就是75ns. L1是指片内cache, L2指片外cache. Arm920t的16k的指令cache和16k的数据cache就是L1了, 没有L2. Arm920t存储系统的L1除了Icache和Dchche外,包括write buffer和PA TAG RAM, 后面会说到.

Cache的原理其实也简单的, 打开cache后, cpu就不直接从主存(指sdram)读写了, 而是首先访问cache, 这样就不要插入很多等待周期来等sdram. Cpu为什么可以从cache中读写, 而不要访问sdram呢? 是根据一个叫做程序和数据的局限性, 即在一个较短时间内, 程序或者数据往往集中在很小的存储器地址范围内. cpu访问一个地址, cache自动将这个地址后面一块数据拷贝到cache中. 其实就是预测了, 这个预测可不是100%的.Cache中有cpu要的数据则命中, cache没有则访问主存,没有命中, cache越大, 命中率越高, cache大小等于sdram, 当然就100%了, 但是他们的关系不是线性的, cache大到一定程度后, 命中率改善就有限了, 有数据说, 当cache在256k的时候, 命中率有98%. 难怪一般pc机器的L2是这么大.

上面说的是读的情况, 对数据cache, cpu计算完毕还要写回sdram, 但Dcache的存在, 现在cpu只是写到cache里面了, 所以cache还需要把数据写回sdram, 何时写怎么写就是cache的写回策略了, 一共2种:write-back和write-through. 其实就是异步写回和同步写回的差别. 立刻写就是write-through, 即cpu更新cache同时更新sdram, 迫不得已时在写就是write-back.cpu更新cache, 但cache不立刻写回sdram, 在合适时候写,所以这里引入一个write buffer.cache先把更新的数据缓存到write buffer.这个最多只能buffer 16个words和4个独立地址.什么是合适的时候write-back? 只是在cache数据被修改,并且cache满了, 再加上个条件, 替代算法后要求自己滚出cache, 这时候得写回sdram. 明显的, write-through设计比较容易, 但效率比较差, write-back设计复杂, 要是用了一个新的Soc,没有大量测试的, 这个可能有机会出错…得谨慎.

Cache大小有限, 总会写满, 写满了怎么办? 所以引入替代算法, 新的记录替换旧的记录. Arm920t默认的是随机替代算法, 设置cp15的寄存器RR位为1可以选择round-robin算法.指令也可以锁定在cache不被替代, 那么就要进行锁操作.锁定操作的粒度是256个字节.就是说一次锁这么多字节.

[cache的组织结构和寻址]

已经知道arm920t的Cache是16k, 这16k是怎么组织的? 它分成了8个段(Segment), 每个段又分成64个行(lines), 每个行是32个字节, 或者说是8个word. 1个word等于4个字节.所以16k=8 Seg * 64 line * 32bytes. 从arm920技术手册截张图如下:

所以, cache的寻址也比较简单.

对于wince,高2G的地址空间里面, 0x80000000-0x9FFFFFFF和0xA0000000-0xBFFFFFFF都是映射到相同的地方:内存和soc的寄存器地址,(arm是这样的, i/o都被映射成为存储器操作了).区别是前一个是cache的, 后一个是uncache的.通过对cache的理解, 这就很容易明白为什么驱动里面设置soc寄存器总是使用uncache的地址了.再说细点啊, 究竟为啥子不能用cache的? Ok,cache有这些特性, 对同一目标单元连续读取操作将得到相同的结果. 比如你的按键io,要是使用cache地址, 我想, 无论你怎么按, cpu都是从cache读到相同的值了.呜呼~.还有个特性, 对同一地址连续写只是把后一次写操作的值写入, 第一次的没有意义. 再加上write buffer的存在, 只在必定条件下才写, 呜呼~ ,这个更惨~

点赞 2009-4-19 21:51