s3c2410 CACHES, WRITE BUFFER

旁路读出式(Look Aside)
在这种方式中，CPU发出数据请求时，并不是单通道地穿过Cache，而是向Cache和主存同时发出请求。由于Cache速度更快，如果命中，则Cache在将数据回送给CPU的同时，还来得及中断CPU对主存的请求；不命中，则Cache不做任何动作，由CPU直接访问主存。
它的优点是没有时间延迟，缺点是每次CPU对主存的访问都存在，这样，就占用了一部分总线时间。
写穿式(Write Through)
任一从CPU发出的写信号送到Cache的同时，也写入主存，以保证主存的数据能同步地更新。
它的优点是操作简单，但由于主存的慢速，降低了系统的写速度并占用了总线的时间。
回写式(Copy Back)
为了克服贯穿式中每次数据写入时都要访问主存，从而导致系统写速度降低并占用总线时间的弊病，尽量减少对主存的访问次数，又有了回写式。
它是这样工作的：数据一般只写到Cache，这样有可能出现Cache中的数据得到更新而主存中的数据不变(数据陈旧)的情况。但此时可在Cache 中设一标志地址及数据陈旧的信息，只有当Cache中的数据被再次更改时，才将原更新的数据写入主存相应的单元中，然后再接受再次更新的数据。这样保证了Cache和主存中的数据不致产生冲突。
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你可以通过http://www.chinaunix.net/jh/45/180390.html阅读完全文

s3c2410 内置了指令缓存（ICaches）,数据缓存（DCaches）,写缓存（write buffer） , 物理地址标志读写区 (Physical Address TAG RAM),CPU将通过它们来提高内存访问效率。
我们先讨论指令缓存（ICaches）。
ICaches使用的是虚拟地址，它的大小是16KB,它被分成512行(entry)，每行8个字（8 words,32Bits）。

当系统上电或重起（Reset）的时候，ICaches功能是被关闭的，我们必须往lcr bit置1去开启它，lcr bit在CP15协处理器中控制寄存器1的第12位（关闭ICaches功能则是往该位置0）。ICaches功能一般是在MMU开启之后被使用的（为了降低MMU查表带来的开销）,但有一点需要注意，并不是说MMU被开启了ICaches才会被开启，正如本段刚开始讲的，ICaches的开启与关闭是由lcr bit所决定的，无论MMU是否被开启，只要lcr bit被置1了，ICaches就会发挥它的作用。
大家是否还记得discriptor（描述符）中有一个C bit我们称之为Ctt,它是指明该描述符描述的内存区域内的内容（可以是指令也可以是数据）是否可以被Cache，若Ctt=1,则允许Cache,否则不允许被Cache。于是CPU读取指令出现了下面这些情况：
1．如果CPU从Caches中读取到所要的一条指令（cache hit）且这条指令所在的内存区域是Cacheble的（该区域
所属描述符中Ctt=1）,则CPU执行这条指令并从Caches中返回（不需要从内存中读取）。
2．若CPU从Caches中读取不到所要的指令（cache miss）而这条指令所在的内存区域是Cacheble的（同第1点），则CPU将从内存中
读取这条指令，同时，一个称为“8-word linefill”的动作将发生，这个动作是把该指令所处区域的8个word写进
ICaches的某个entry中，这个entry必须是没有被锁定的（对锁定这个操作感兴趣的朋友可以找相关的资料进行了解）
3．若CPU从Caches中读取不到所要的指令（cache miss）而这条指令所在的内存区域是UnCacheble的（该区域所属描
述符中Ctt=0），则CPU将从内存读取这条指令并执行后返回（不发生linefill）

通过以上的说明，我们可以了解到CPU是怎么通过ICaches执行指令的。你可能会有这个疑问，ICaches总共只有512个条目（entry），当512个条目都被填充完之后，CPU要把新读取近来的指令放到哪个条目上呢？答案是CPU会把新读取近来的8个word从512个条目中选择一个对其进行写入，那CPU是怎么选出一个条目来的呢？这就关系到ICaches的替换法则（replacemnet algorithm）了。ICaches的replacemnet algorithm有两种，一种是Random模式另一种Round-Robin模式，我们可以通过CP15协处理器中寄存器1的RR bit对其进行指定（0 = Random replacement 1 = Round robin replacement），如果有需要你还可以进行指令锁定（INSTRUCTION CACHE LOCKDOWN）。
关于替换法则和指令锁定我就不做详细的讲解，感兴趣的朋友可以找相关的资料进行了解。

接下来我们谈数据缓存（DCaches）和写缓存（write buffer）
DCaches使用的是虚拟地址，它的大小是16KB,它被分成512行（entry），每行8个字（8 words,32Bits）。每行有两个修改标志位（dirty bits），第一个标志位标识前4个字，第二个标志位标识后4个字，同时每行中还有一个TAG 地址（标签地址）和一个valid bit。
与ICaches一样，系统上电或重起（Reset）的时候，DCaches功能是被关闭的，我们必须往Ccr bit置1去开启它，Ccr bit在CP15协处理器中控制寄存器1的第2位（关闭DCaches功能则是往该位置0）。与ICaches不同，DCaches功能是必须在MMU开启之后才能被使用的。
我们现在讨论的都是DCaches,你可能会问那Write Buffer呢？他和DCaches区别是什么呢？ 其实DCaches和Write Buffer两者间的操作有着非常紧密的联系，很抱歉，到目前为止我无法说出他们之间有什么根本上的区别（-_-!!!），但我能告诉你什么时候使用的是DCaches,什么时候使用的是Write Buffer.系统可以通过Ccr bit对Dcaches的功能进行开启与关闭的设定，但是在s3c2410中却没有确定的某个bit可以来开启或关闭Write Buffer…你可能有点懵…我们还是来看一张表吧，这张表说明了DCaches,Write Buffer和CCr,Ctt (descriptor中的C bit),Btt(descriptor中的B bit)之间的关系，其中“Ctt and Ccr”一项里面的值是Ctt与Ccr进行逻辑与之后的值（Ctt&&Ccr）.

从上面的表格中我们可以清楚的知道系统什么时候使用的是DCaches,什么时候使用的是Write Buffer，我们也可以看到DCaches的写回方式是怎么决定的（write-back or write-througth）。
在这里我要对Ctt and Ccr=0进行说明，能够使Ctt and Ccr=0的共有三种情况，分别是
Ctt =0， Ccr=0
Ctt =1， Ccr=0
Ctt =0， Ccr=1
我们分别对其进行说明。
情况1（Ctt =0， Ccr=0）：这种情况下CPU的DCaches功能是关闭的（Ccr=0），所以CPU存取数据的时候不会从DCaches里进行数据地查询，CPU直接去内存存取数据。
情况2（Ctt =1， Ccr=0）：与情况1相同。
情况3（Ctt =0， Ccr=1）：这种情况下DCaches功能是开启的，CPU读取数据的时候会先从DCaches里进行数据地查询，若DCaches中没有合适的数据，则CPU会去内存进行读取，但此时由于Ctt =0（Ctt 是descriptor中的C bit,该bit决定该descriptor所描述的内存区域是否可以被Cache）,所以CPU不会把读取到的数据Cache到DCaches(不发生linefill).

到此为止我们用两句话总结一下DCaches与Write Buffer的开启和使用：
1．DCaches与Write Buffer的开启由Ccr决定。
2．DCaches与Write Buffer的使用规则由Ctt和Btt决定。

DCaches与ICaches有一个最大的不同，ICaches存放的是指令，DCaches存放的是数据。程序在运行期间指令的内容是不会改变的，所以ICaches中指令所对应的内存空间中的内容不需要更新。但是数据是随着程序的运行而改变的，所以DCaches中数据必须被及时的更新到内存（这也是为什么ICaches没有写回操作而DCaches提供了写回操作的原因）。提到写回操作，就不得不提到PA TAG 地址（物理标签地址）这个固件，它也是整个Caches模块的重要组成部分。
简单说PA TAG 地址（物理标签地址）的功能是指明了写回操作必须把DCaches中待写回内容写到物理内存的哪个位置。不知道你还记不记得，DCaches中每个entry中都有一个PA TAG 地址（物理标签地址）,当一个linefill发生时，被Cache的内容被写进了DCaches,同时被Cache的物理地址则被写入了PA TAG 地址（物理标签地址）。除了TAG 地址（标签地址），还有两个称为dirty bit（修改标志位）的位出现在DCaches的每一个entry中，它们指明了当前entry中的数据是否已经发生了改变（发生改变简称为变“脏”，所以叫dirty bit,老外取名称可真有意思 -_-!!!）。如果某个entry中的dirty bit置位了，说明该entry已经变脏，于是一个写回操作将被执行，写回操作的目的地址则是由PA TAG 地址（物理标签地址）索引到的物理地址。

关于Caches，Write Buffer更详细的内容请大家阅读s3c2410的操作手册：]