国产龙芯3A系列CPU + LS2H/LS7A桥片

如下为龙芯3A系列其中一款4核处理器、以及LS2H/LS7A桥片组成的电脑基本结构图。

一、CPU侧

1）该CPU包含1个NUMA节点(4核处理器龙芯3A系列包含1个NUMA节点，8核处理器龙芯3B系列包含2个NUMA节点)。每个NUMA节点包含4个CPU核(每个CPU核都有自己的本地L1 Cache)，两个内存控制器、两个 HT 控制器、一个L2 Cache组成。 其中HT0 控制器用于多个处理器芯片互联以构建Cache-Coherent NUMA系统， HT1 控制器用于连接芯片组进而挂接各种外围设备。

2）由上图可以看出4个CPU核的L1 Cache与2个HT控制器一样，都是L2 Cache的主设备。龙芯处理器在硬件上通过目录协议(见下面的附)来维护CPU核间Cache的一致性，以及CPU核与外设DMA之间的Cache一致性。这种不需要软件处理一致性问题的设计大大便利了Linux内核的开发，然而为了满足一些特殊场合的要求，龙芯平台的Linux内核即支持一致性DMA(由硬件维护CPU核与DMA之间的一致性)，也支持非一致性DMA(由软件CPU核与DMA之间的一致性)。注意这里涉及的一致性是指空间一致性Coherency而不是时序一致性Consistancy；空间一致性指多个Cache副本之间的一致性，由龙芯CPU硬件负责维护；而时序一致性指多个处理器之间访存操作的顺序问题，通常需要软件和硬件协同解决。

二、桥片侧

1）该桥片(LS2H或者LS7A，其中后者是前者的升级改进)也是龙芯中科的产品。可以将该桥片看成是将南桥芯片和北桥芯片集成在一起来用，只是额外允许一些低速设备不同通过PCIe控制器，而是直接与HT控制器内部总线相连，比如在LS7A桥片中，RTC和I2C设备直接使用内部总线，而LPC，SPI等控制器则通过PCIe连接。

2)  在Linux内核中直接通过内部总线连接的设备叫platform device,因此内部总线也叫platform bus，也就是说在LS2H/LS7A机型中，外围设备有PCIe总线设备和平台总线设备二大类。

附：

         硬件维护一致性的协议主要有两大类：侦听协议和目录协议。其基本方法都是本地 Cache （如一级 Cache ）与共享 Cache （如二级 Cache ）之间通过消息传递来维护每个 Cache 行的状态机。

        1）侦听协议要求每个 CPU核都随时侦听总线上的消息，通信代价较大。

        2）目录协议则让每个 CPU 核负责一个 Cache 目录，每个 Cache 目录对应整个 Cache 里面的一个子集；CPU 核是 Cache 目录的宿主，本地 Cache 传递消息的时候直接发往宿主而不是广播到总线。

        龙芯使用的目录协议中， Cache 行的状态分三种：INV （无效，表示没有缓存任何数据）、 SHD （共享，表示多个本地Cache 里面都有相同的数据副本，只能读不能写）和 EXC （独占，表示有一个本地 Cache 要写数据，因此其他本地 Cache 中的数据副本都要无效化）。