浅谈ARM存储系统之cache
通常来讲，ARM处理器的主频为几十M甚至上百M，而一般的SDRAM的存储周期是很慢的，相对于CPU来说，这时，如果我们把程序和数据都存储在SDRAM中，那么CPU在读取指令和数据的时候，就会受到SDRAM速度的限制，大大地制约了整个系统的性能。那么有没有什么改善的办法呢？下面我们就来谈一下ARM的高速缓冲存储器（cache）。
一，Cache的概念及工作原理
1.1 概念
Cache 即高速缓冲存储器，是位于 CPU 与内存之间的高速存储器，它的容量比内存小但交换速度快。在 cache 存储系统中，把主存储器和 cache 都划分成相同大小的块。主存地址由块号 B和块内地址 W 两部分组成。同样， cache 的地址也由号 b和块内地址w 组成。然而 cache 是相连存储器，装入时，通过址变换部件把主存地址中的块号 B 变成 cache 的块号 b，W 保存在块号为 w的 cache 块的标记区，数据块装入 cache 缓冲区。它的出现是为了解决上面说的问题，当CPU在一段相邻的时间内反复访问相同的数据（时间局部性）或者CPU有很大概率访问相邻存储空间的数据（空间局部性）时，我们就可以使用Cache来优化CPU性能。
1.2 工作原理
当CPU 要访问 cache 时， CPU 送来主存地址，放到主存地址寄存器中。然后通过地址变换部件把主存地址中的块号 B 变成 cache 的块号b，并放到 cache 地址寄存器当中。同时将主存地址中的块内地址 W 直接作为 cache 的块内地址 w装入到 cache 地址寄存器中。如果地址变换成功（通常称为 cache 命中），就用得到的 cache 地址去访问 cache，从 cache 中取出数据送到 CPU 中。如果地址变换不成功，则产生 cache 失效信息，并且接着使用主存地址直接去访问主存储器 。
1.程序要读取内存中地址A数据，然后程序首先以地址A查找Cache，一开始Cache无数据，导致“cache miss”。
2.程序以地址A查找内存，读取数据后，把数据填入cache，称为”cache fill“。
3.程序再次读取内存中A地址数据，这次直接以地址A查找cache，读取数据后直接返回给CPU，不用再去操作内存。
4.重复步骤1，周而复始，直到把cache填满（cache容量一般很小）。此时CPU再访问，就要发生cache替换，即把一些数据替换出去，填充新数据。
二,Cache的分类
2.1统一/独立的指令cache和数据cache
2.2写通（write -through）cache和写回（write-back）cache
当CPU更新cache内容时，通常有两种方法，写通法和写回法。
写通法是指CPU在执行写操作时，必须把数据同时写入cache和内存。写回法是指被写的数据只写入cache而不写入内存，仅仅当需要时，才把已经修改的cache块写回到内存中。
三，协处理器指令介绍及开启icache
3.1协处理器指令介绍
先来看看协处理器是什么。
如图，这是ARM9的框图，红线标出的即为协处理器，ARM9的cache由协处理器CP15管理。顾明思义，协处理器就是协助CPU处理事件的处理器。下面是协处理器指令介绍：
如上图，有两条指令，MCR(从ARM寄存器到协处理器寄存器)和MRC(从协处理器寄存器到ARM寄存器)。
示例：从cp15的c1写入arm的r0------MRC p15，0，r0，c1，c0,0
3.2使用协处理指令开启icache
在S3C2440的启动代码start.s中，我们添加如下代码：
enable_icache:
/* 设置协处理器使能icache */
mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0
orr r0, r0, #(1<<12) /* r0 = r0 or (1<<12) ：设置c1 bit12 = 1，使能icache*/
mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0
mov pc, lr这里我们只是开启了指令cache，可以明显感觉到程序的运行效率提高了，如果再同时开启数据cache，程序运行效率会更高。
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