对ARM紧致内存TCM的理解

 

ARM 的ram包括静态ram，动态ram，TCM---紧耦合内存(TCM: Tightly Coupled Memories)。 TCM是一个固定大小的RAM，紧密地耦合至处理器内核，提供与cache相当的性能，相比于cache的优点是，程序代码可以精确地控制什么函数或代码放在哪儿(RAM里)。当然TCM永远不会被踢出主存储器，因此，他会有一个被用户预设的性能，而不是象cache那样是统计特性的性能提高。 TCM对于以下几种情况的代码是非常有用、也是需要的：可预见的实时处理（中断处理）、时间可预见（加密算法）、避免cache分析（加密算法）、或者只是要求高性能的代码（编解码功能）。随着cache大小的增加以及总线性能的规模，TCM将会变得越来越不重要，但是他提供了一个让你权衡的机会 那么，哪一个更好呢？他取决于你的应用。Cache是一个通用目的的加速器，他会加速你的所有代码，而不依赖于存储方式。TCM只会加速你有意放入TCM的代码，其余的其他代码只能通过cache加速。Cache是一个通用目的解决方案，TCM在某些特殊情况下是非常有用的。假如你不认为需要TCM的话，那么你可能就不需要了，转而加大你的cache，从而加速运行于内核上的所有软件代码. 紧致内存是指片上快速存储区，与片上缓存具有同等的性能，但因为程序可完全控制紧致内存，因而比统计复用的缓存有更好的可预测性。这是ARM5TE引入的特性，目的是通过这一快速的存储区，一方面提高某些关键代码（如中断处理函数）的性能，另方面使存储访问延迟保持一致，这是实时性应用所要求的。ARM6对TCM操作做了进一步的规范。 TCM的应用领域：可预测的实时处理（中断处理）、避免缓存分析（加密算法）、或单纯的性能提高（处理器侧编解码）等。 如同缓存的哈佛结构，指令TCM和数据TCM是分开的。TCM有两种使用方式：作为快缓存使用，和作为本地内存使用。 本地内存 这时，TCM被用作更快速的内存，如同一般的RAM。因为指令段有时也是数据访问的对象，指令TCM实际上是指令数据一体化TCM。对TCM写操作后和后续对此写操作的依赖指令之间必须跟一个阻塞操作。 快缓存（smartcache） TCM可以配置成当作外部RAM的缓存使用，对应的外部RAM也要设置可缓存标志。如果被缓存的外部RAM可以由多处理器共享，那么TCM是否与共享数据保持一致并没有规定，而由具体实现厂家决定。 TCM与缓存的内容不会自动保持一致，这意味着TCM映射到的内存区域必须是不缓存的区域。如果一个地址同时落在缓存和TCM内，那么访问这一地址的结果是不能预测的。另一个限制是各个TCM必须要配置成不相交的。 TCM的配置 通过CP15的0、1、9号寄存器进行： 0号寄存器 读CP15的0号寄存器，opcode2为2： MRC p15, 0, Rd, C0, C0, 2 返回TCM状态寄存器的内容，其中，16－18位代表数据TCM个数，0－3代表指令TCM个数。 1号寄存器 ARM6之前，1号寄存器的16位和18位用于使能数据TCM和指令TCM（ARM946，ARM966），ARM6因为可以使用9号寄存器控制每一块TCM的使能状态，所以1号寄存器的这两个位就过时了，应该置1。 9号寄存器 每个TCM都有一个TCM区域寄存器，设置这个寄存器就可以设置TCM的基址和大小。在设置TCM区域寄存器前，需要设置TCM选择寄存器。 下面是访问这些相关寄存器的指令： ARM Instruction                             TCM Region Register MRC/MCR P15, 0, Rd, C9, C1, 0      Data TCM Region Register MRC/MCR P15, 0, Rd, C9, C1, 1      Instruction/Unified TCM Region Register MRC/MCR P15, 0, Rd, C9, C2, 0      TCM Selection Register TCM区域寄存器的结构： Base Address (Physical Address)[31-12] SBZ/UNP[11-7] Size[6-2] SC[1] En[0] 其中： En位是使能位，置1时使能此TCM； SC位置位表示此TCM被用作快缓存（smartcache），清零表示本地内存； Size字段是只读的，含义如下： Size         Memory     Size             Memory filed        size             field            size 0b00000     0K            0b01101     4M 0b00011     4K            0b01110     8M 0b00100     8K            0b01111     16M 0b00101     16K          0b10000     32M 0b00110     32K          0b10001     64M 0b00111     64K          0b10010     128M 0b01000     128K        0b10011     256M 0b01001     256K        0b10100     512M 0b01010     512K        0b10101     1G 0b01011     1M           0b10110     2G 0b01100     2M           0b10111     4G 注意TCM区域寄存器配置出来的各个TCM块不能相交，否则后果不可预测（会损坏硬件？）。