关于Aurix的内存，缓存Cache，PSPR等的理解

谈思实验室 2024-03-04 17:13

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AURIX的芯片手册

内存

内存在电脑中起着举足轻重的作用。内存一般采用半导体存储单元，包括随机存储器（RAM），只读存储器（ROM），以及高速缓存（CACHE）。

RAM作为主存的主要部分，按其结构分为：

动态随机存取存储器（Dynamic Random Access Memory，DRAM），同步动态随机存取内存（synchronous dynamic random-access memory，简称SDRAM），静态随机存取存储器（Static Random-Access Memory，SRAM）。

可以理解为FLASH是一个静态的存储【也就是只读存储器（ROM）】，可以用来存储函数或者常量，也就是定义的这部分烧录到芯片里，执行内容不会有改变。即便掉电，里面的数据也不会丢失。

而RAM是一个动态的存储，可以读数据，也可以写数据。RAM可以在运行过程中，可以当flash用。但是如果掉电，RAM里的数据不会保存，一旦掉电，数据就全没了。

举例：一个手机里存着我们很多的数据，如果手机关机，这些数据或者图片是存放在FLASH里的，因为FLASH是存放静态数据的，而当手机重新上电的时候，flash里的数据会通过指令传输到RAM里，之后在被系统里的函数调用，从而开机后，手机可以看到关机前的数据。

缓存

高速缓冲存储器（Cache），是位于CPU与主内存间的一种容量较小但速度很高的存储器：

由于CPU的速度远高于主内存，CPU直接从内存【(RAM)、(ROM)】中存取数据要等待一定时间周期，Cache中保存着CPU刚用过或循环使用的一部分数据，当CPU再次使用该部分数据时可从Cache中直接调用,这样就减少了CPU的等待时间,提高了系统的效率。

缓存需要把内存里的数据放进来。Cache 的数据放置的策略决定了内存中的数据块会拷贝到 CPU Cache 中的哪个位置上，因为 Cache 的大小远远小于内存，所以，需要有一种地址关联的算法，能够让内存中的数据可以被映射到 Cache 中来。这个有点像内存地址从逻辑地址向物理地址映射的方法，但不完全一样。

缓存的命中：

根据要寻址的地址的tag来逐一与cache中的tag字段比较，如果有与之匹配的cache line，也就是cache hit，如果遍历整个cache，也没有找到匹配的cache line，那就是cache miss了。

Cache的层次设计：

Cache设计采用了指令 Cache(简称I-Cache)和数据Cache (简称D-Cache) 分开的方式。

1.在 I-Cache中存储有微处理器需要的指令，在微处理器的取指阶段，通过程序计数器PC提供给I-Cache的地址，微处理器可以获取需要的指令。

2.而D-Cache则是作为一个数据的存储，并提供对于Load/Store指令所要操作地址的数据，它地址则来自于ALU运算的结果。

I-Cache和微处理器的接口以及I-Cache和L2 I-Cache的接口都是单向的。D-Cache和微处理器的接口以及D-Cache和L2 Cache的接口是双向的。这样处理的原因在于I-Cache存储的是指令，不需要更改所存储的数据的值。而D-Cache 中存储的是数据，其值会根据指令操作的不同而改变。比如：在运行 Store 指令的时候会对 D-Cache 中相应地址进行写入数据的操作。

AURIX中的Cache

在AURIX中，CPU分为Cache和Non-Cache，CPU0的PFlash访问方式如下图：

Cache使能的方式是配置下面这个寄存器：

（1）使能Cache以后，每个CPU各有一段PCache/DCache区域，以便于提前缓存指令和数据(例如访问8和9的 Segment，这是打开了P-Cache后，P-Flash和LMU对应的地址)。

当CPUx取指令时，会先去PCache空间查找指令，如果在PCache中查找到对应的指令，即：Cache Hit，则不必再去Physical Area搬运对应的数据，提高了指令读取的效率。如果没有找到对应的指令，即：Cache Miss，再去Physical Area搬运对应的数据到PCache空间（Program Cache refills），而搬运的过程需要额外的等待时间，等效于Non-Cached方式，指令读取时间延长；同理，当CPU取数据时，会先去DCache空间查找数据，如果在DCache中命中数据，则直接读取，如果没有命中，再去Physical Area搬运。