ARM架构中MMU/TLB/Cache的一些概念和寄存器
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文章目录
- 1、MMU/Cache相关的一些基本概念
- (1)、Write-through 和 Write-back
- (2)、Write allocate 和No-write allocate
- (3)、Inner 和Outer
- (4)、Shareable、Inner-shareable、outer-shareable
- 2、MMU/cache maintenance相关的寄存器
- (1)、address translation
- (2)、TLB maintenance
- (3)、cache maintenance
- (4)、Base system registers
- TTBR0_ELx TTBR1_ELx
- TCR_ELx
- MAIR_ELx
1、MMU/Cache相关的一些基本概念
(1)、Write-through 和 Write-back
Write-through- Write is done synchronously both to the cache and to the backing store.
Write-back (or Write-behind) - Writing is done only to the cache. A modified cache block is written back to the store, just before it is replaced.
- Write-through(直写模式)在数据更新时,同时写入缓存Cache和后端存储。此模式的优点是操作简单;缺点是因为数据修改需要同时写入存储,数据写入速度较慢
- Write-back(回写模式)在数据更新时只写入缓存Cache。只在数据被替换出缓存时,被修改的缓存数据才会被写到后端存储。此模式的优点是数据写入速度快,因为不需要写存储;缺点是一旦更新后的数据未被写入存储时出现系统掉电的情况,数据将无法找回。
(2)、Write allocate 和No-write allocate
Write-misses写缺失的处理方式
对于写操作,存在写入缓存缺失数据的情况,这时有两种处理方式:
Write allocate (aka Fetch on write) - Datum at the missed-write location is loaded to cache, followed by a write-hit operation. In this approach, write misses are similar to read-misses.
No-write allocate (aka Write-no-allocate, Write around) - Datum at the missed-write location is not loaded to cache, and is written directly to the backing store. In this approach, actually only system reads are being cached.
Write allocate方式将写入位置读入缓存,然后采用write-hit(缓存命中写入)操作。写缺失操作与读缺失操作类似。
No-write allocate方式并不将写入位置读入缓存,而是直接将数据写入存储。这种方式下,只有读操作会被缓存。
无论是Write-through还是Write-back都可以使用写缺失的两种方式之一。只是通常Write-back采用Write allocate方式,而Write-through采用No-write allocate方式;因为多次写入同一缓存时,Write allocate配合Write-back可以提升性能;而对于Write-through则没有帮助。
(3)、Inner 和Outer
- Inner Cache是指在微架构之内的Cache,如ARM微架构中含有L1和L2两级Cache,
- Outer Cache指在微架构之外的Cache
(4)、Shareable、Inner-shareable、outer-shareable
Shareable的很容易理解,就是某个地址的可能被别人使用。我们在定义某个页属性的时候会给出。Non-Shareable就是只有自己使用。当然,定义成Non-Shareable不表示别人不可以用。某个地址A如果在核1上映射成Shareable,核2映射成Non-Shareable,并且两个核通过CCI400相连。那么核1在访问A的时候,总线会去监听核2,而核2访问A的时候,总线直接访问内存,不监听核1。显然这种做法是错误的。
对于Inner和Outer Shareable,有个简单的的理解,就是认为他们都是一个东西。在最近的ARM A系列处理器上上,配置处理器RTL的时候,会选择是不是把inner的传输送到ACE口上。当存在多个处理器簇或者需要双向一致性的GPU时,就需要设成送到ACE端口。这样,内部的操作,无论inner shareable还是outershareable,都会经由CCI广播到别的ACE口上。
2、MMU/cache maintenance相关的寄存器
MMU(address translation /TLB maintenance)、cache maintenance相关的寄存器
(1)、address translation
address translation 共计14个寄存器
(2)、TLB maintenance
TLB maintenance数十个寄存器
(以下截取部分)
(3)、cache maintenance
(4)、Base system registers
系统寄存器中, 和MMU/Cache相关的寄存器有:
TTBR0_ELx TTBR1_ELx
(aarch64)
- TTBR0_EL1
- TTBR0_EL2
- TTBR0_EL3
- TTBR1_EL1
- VTTBR_EL2
(aarch32)
- TTBR0
- TTBR1
- HTTBR
- VTTBR
TCR_ELx
(aarch64)
- TCR_EL1
- TCR_EL2
- TCR_EL3
- VTCR_EL2
(aarch32)
- TTBCR(NS)
- HTCR
- TTBCR(S)
- VTCR
MAIR_ELx
- MAIR_EL1
- MAIR_EL2
- MAIR_EL3
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