解密CortexR52内核Cache：操作实践、性能测试与深度解析（3）

原创瑞萨MCU小百科 2024-07-12 12:45

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前篇回顾

解密Cortex R52内核Cache：操作实践、性能测试与深度解析（1）

解密Cortex R52内核Cache：操作实践、性能测试与深度解析（2）

本节内容主要讲述CortexR52内核Cache的具体操作包括使缓存无效（invalidate）操作，清除（clean）缓存。有的时候客户可能需要对cache做一些清理，比如invalidate，clean等操作。虽然目前在cortex R52内核很少需要操作cache，但是本节依然给一些操作指导和实践，以备以后不时之须。

操作Cache的指令

关于操作cache的指令需要参考arm cortex r52内核技术手册：

3.2.9 c7 System operations

如下表中对cache的invalidate操作和clean操作。下表中其它的操作也可以根据具体的项目需求实践。

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Invalidate data cache line by VA to PoC” 和 “Invalidate data cache line by set/way” 是在处理缓存时常见的两种操作方式，它们的主要区别在于缓存失效（Invalidate）的范围和方式。

Invalidate data cache line by VA to PoC

这种操作通过虚拟地址（Virtual Address，VA）来使缓存行无效。
“PoC”代表“Point of Coherency”，意味着失效操作会影响到数据在内存中的一致性点。
这种失效方式通常用于需要保证数据一致性的情况，例如在多处理器系统中，如果一个处理器修改了内存中的数据，需要确保其他处理器不会使用到旧的缓存数据。

Invalidate data cache line by set/way

这种操作通过缓存的集合（set）或者组（way）来使缓存行无效。
它通常用于更细粒度的缓存控制，可以针对特定的缓存集合或组进行失效操作。
这种方式可能更适用于一些特定的优化场景，例如在某些情况下只需要失效某些缓存组而不是全部的缓存行。

总的来说，两种方式都是用于使缓存行无效的操作，但在具体的应用场景中，可能会根据需要选择合适的方式来进行缓存控制。

Cache Line缓存行的概念

缓存行（Cache Line）是计算机体系结构中的一个重要概念，用于描述缓存系统中数据的基本单位。它定义了在缓存中连续的一组数据块，这些数据块在缓存中的存储和管理是以缓存行为单位进行的。

在多数现代处理器中，缓存被组织成一系列的缓存行，每个缓存行可以存储一定数量的数据。当CPU访问内存时，它通常会先检查缓存以查看所需数据是否已经存在于其中。如果数据位于缓存行中，这被称为“命中”（Cache Hit），CPU可以直接从缓存中读取数据，而不必访问主存。如果数据不在缓存中，就需要从主存加载，这称为“缓存未命中”（Cache Miss）。

缓存行的大小在不同的体系结构中可能会有所不同，但通常是64字节（或者更大）。当CPU请求一个地址中的数据时，它实际上会请求整个缓存行，而不仅仅是单个数据。这是因为缓存的性能通常会受益于数据的局部性原则，即一旦某个数据被访问，其周围的数据也很可能会被接下来访问。通过将连续的数据存储在同一个缓存行中，可以提高缓存的命中率和性能。

理解缓存行的概念对于优化程序的性能至关重要。程序员可以通过合理地利用数据的局部性原则，以及避免缓存未命中的情况，来优化程序的访存模式，从而提高整体性能。