本文主要是介绍Cache基本原理--以TC3xx为例(2),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
目录
1.概述
2. Cache映射模式
3.DCache的数据一致性
4.小结
1.概述
上一篇Cache基本原理--以TC3xx为例(1)-CSDN博客,我们聊了Cache基本概念,接下来我们将继续聊Cache映射模式,DCache的数据一致性问题。
2. Cache映射模式
常见的Cache地址映射模式包括直接映射、组相联和全相联。
直接映射(Direct Mapping):在直接映射中,每个主存地址只能映射到Cache中的唯一一行。这意味着主存中不同块可能会填充到相同的Cache Line里。如下图:
组相联(Set Associative Mapping) :Cache被划分为多个Set,每个Set包含多个Way的Cache Line。主存地址被映射到某个Set,然后在该Set内进行查找。每个Set内的CacheLine数量通常是2的幂次方,例如2、4、8等。组相联映射通过减少冲突提高了缓存的性能。
上面有点晕不要慌,这里就不得不来点术语了。如下图所示:
Way -- 相当于Cache的一页,如上述示例,Cache就有2 Ways
Set -- 每个Way里的同一Cache Line组成Set
这里理解了,英飞凌描述的2-way set associative DCache是不是就手拿把攥了。
英飞凌每个CPU都有16K DCache,Cache Line为32Bytes,因此总共有512个Cache Line。那么针对memory地址就可以分为:
我们计算非Tag后的偏移2^14 = 16KB,这也与Cache Size刚好对上。
全相联映射(Fully Associative Mapping): 主存地址可以映射到Cache中的任何一行,而不受限制于特定的组。这意味着任何Cache Line都可以存储任何主存地址的数据。全相联映射通常需要更多的硬件支持,如标记比较电路,但可以最大程度地减少冲突,提高缓存的命中率。
3.DCache的数据一致性
谈到DCache的数据一致性,就不得不先讨论Cache的写策略。
常见的Cache写策略分为Write-Through和Write-Back。
Write-Through :修改数据时,该修改会同时作用在Cache和Memory中,如下图:
Write-Back:修改数据时,会先发生在Cache里,Memory中的母本更新会等待一些时间:
以英飞凌TC3xx系列为例,我们来看它是如何出现数据一致性问题的(注意TC3xx是Write Back Cache)。
CPU0\1共享LMU0,CPU0和CPU1同时修改LMU0[3]的值 3->9、LMU0[2]的值 2 -> 8,我们可以看到LMU0里的值确实变为了9,但是思考一下,这时候CPU1去获取LMU0[3],应该是几?当然是Cache里面的3,这里数据就不一致了。紧接着由于CPU1中的Cache数据改变也反映到了LMU0中,此时可以发现,LMU0[3]变为了3,cpu0的修改出现了丢失了。因为Cache的更新至少得以Cache Line为单位。
那么,如何来避免这些问题呢?翻看TC3xx Aurix 内核手册,可以得到以下几种方式:
- 使用cachea指令:cachea.wi将写策略强制更新为write-through;cachea.i重刷cache
- 使用英飞凌提供的Non-cache地址,例如LMU使用0xB开头;
4.小结
以上,我们简述了cache的基本原理,从软件工程师角度,了解Cache,知道Cache通常会带来什么好处,引起什么问题,这对我们在系统层级的性能优化是有巨大帮助的。
这篇关于Cache基本原理--以TC3xx为例(2)的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!