arm9的cache和buffer

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1、arm9处理器的cache和writebuffer作者：satanwxd接下来的研究就是cache了，只要我们加深了对这些概念的理解，还有前面说的MMU。我们在将来研究内存管理的时候就有谱了。在这里我们就先打打基础，所以我在这里记录一下我对cache的认识。cache(高速缓存)writebuffer（写缓存）对于cache的工作原理在很多网站上都可以搜索得到，在这里我就不讲述这方面的内容了。我想先说说地址映像方式。地址映像方式是指主存的内容是以什么函数或是算法映射到cache上的。地址映像方式大概分为3种：直接映射，全相联映射，

2、组相联映射。不管是哪个算法都好，都会涉及3个方面的问题：第一就是命中率，第二是地址对比的复杂度，第三是不命中的情况下的替换问题。我们接下来大概说说他们吧。直接映射：每个内存地址指定映射到cache中的一个指定地址的方式。具体来说，假设cache有2N块，规定内存块的大小为2MB，i是内存块的标号，j是cache块的标号。有了这些前提条件后，我们来实际举个例子来说明一下吧。假设我内存是256MB的，这样内存块的标号就是1号~128号。cache分为4块，加上地址映射方式是j=imod2N。好了，你就会发现内存块的1号，2号，3号，4

3、号分别对应cache块的0号，1号，2号，3号。如果你继续求余，你会发现这是一个循环来的。好了，这样你就大概知道是哪些内存块被指定到cache的0号区，哪些内存块被指定到1号区......工作原理明白后，我们会发现地址对比的复杂度小，我们可以很有规律找到我们所需内存的块对应于cache中的什么位置。其实，直接映射有个弊端就是如果同一cache块的其它内存块，也想进入cache中，但是之前已经有了别的内存块。这样的操作会引起冲突。这样冲突率高了后就会直接影响命中率了。全相联映射：主存中的每一个字块可映像到cache任何一个字块位置上

4、。这种方式只有当cache装满的时候才会有冲突的，所以冲突率比较低，可以达到很高的cache命中率。当要访问一个块的数据时，就要求块地址与cache块表中的所有地址标记进行比较，以便确认是否命中了。所以说这种方式的地址比较的复杂度是很高的。组相联映像：其实它是上面两者的折中，就是把cache分为若干个组。组与组之间是直接映像的方式，组里面的是全相联映像的方式。如果每个组是1的话，这样cache就分为2N个组了，这样就是直接映像。如果组的大小就是cache的大小的话，这样就是全相联映像了。对于它的地址比较复杂度和命中率的问题，很明显

5、是介于上面两者的中间拉。接下来，我们来讨论cache的写入方式。我们先来讨论一下它的必要性。cache只是一个缓存的作用，换句话来说，如果cache和cpu之间的操作改变了cache中的数据，这样一定要记得把cache更新后的内容准确及时写到内存里面。这样是为了保持内存和cache一致性的问题。想想看，cache的内容会因为写满需要相关数据的时候被替换掉某些内容，如果被替换的内容是之前被跟新过的，又没有写回到内存。这样就会出现很大的问题。对于cache的写入方式，可以分为3种：直写式、缓冲直写式还有回写式。直写式（writethr

6、ough）：就是cpu写入cache的同时也写入内存，这样就可以保持一致了。但是每次cache更新都要访问一次内存，这样速度会变得很慢的。缓冲直写式（postwrite）：很明显就是在原来直写式的基础上加上一个缓冲器，用它来锁存cpu写入内存的数据，这样cpu就不需等待了。回写式（writeback）：通过在cache的每个数据块的标志字段增加一个更新位。若cache的某数据块的数据被更新之后，但是还未被写入内存，这时这个标志位就会置1。每次cpu要写一块新的cache块数据到cache当中时，就会判断这个被替换的cache的更新

7、位是否为1，如果是就先把它写入内存，否则就直接替换。cache其实会分为ICache和DCache这两个缓存的，前者是指令Cache后者是数据cache。由于对于程序的运行，指令是不需要更新的，而数据则需要更新。所以只是DCache才需要有回写的功能。现在我来说说cache的工作原理：首先要把cache和内存划分为同样大小的块，假设有主存B块号和块内地址W，还有cache的b块号和块内地址w。当cpu访问cache时需要地址变换，我们先把B块号和内存地址W存放在主存地址寄存器当中，接着我们通过地址变换部件把B块号和W块内地址变换成

8、cache的b块号和w块内地址。如果变换成功就是命中了。但是不命中的话，就直接使用主存地址寄存器当中的地址来访问主存，读取相应的字，同时把相关的一些字作为块一起读入cache当中，如果cache满了，就要用相应的替换方法去替换一些不常使用的块。有人