ARM芯片开发学习（S5PV210）——icachedcache介绍和如何开关icache

Posted 2021-07-04 代二毛

什么是icache、dcache

cache是高速缓冲存储器，icache(instructions cache)是指令高速缓冲存储器，dcache(data cache)是数据高速缓冲存储器。存储介质的基本规律是读写速度越快单位存储容量的价格就越高，为了平衡存储速度和价格，计算机的采用分级的存储系统，按照读写速度由快到慢：CPU->寄存器->cache->内存->外存。其中寄存器是在集成到Soc内部的，直接和CPU交互数据，数量有限；在性能高一些的计算机中，cache是可以采用多级的；内存一般是RAM，外存可以是磁盘、flash等。其中icache和dcache就是属于cache，icache用于缓存指令，dcache用于缓存数据。icache和dcache的作用是提高系统性能。比如：CPU一次只能处理一条指令，如果执行完一条指令去内存取一条指令，那CPU会频繁读取内存，但是内存的速度远远小于CPU的执行速度，这样会限制CPU的运行速度。有了icache后，可以一次性将要执行的指令和该指令邻近的指令都读取到icache缓存起来，要执行指令时先去icache中查找，没有找到再去内存中读取，只要保证命中率比较高，就可以有效减少CPU读取内存的次数；dcache也是同样的原理，把最近用到的数据缓存起来。这其中涉及到程序的空间局部性原理和时间局部性原理。

什么是协处理器

ARM有多达16个协处理器，主要的作用：ARM处理器初始化，ARM与协处理器的数据处理操作，ARM的寄存器与协处理器的寄存器之间传送数据，以及ARM协处理器的寄存器和存储器之间传送数据。其中CP15 —系统控制协处理器 （the system control coprocessor）通过协处理器指令MCR和MRC提供具体的寄存器来配置和控制caches、MMU、保护系统、配置时钟模式（在bootloader时钟初始化用到）。对于协处理器数量多，功能复杂，我们用到什么功能就去查询相关协处理即可。

怎么开关icache

示例代码：

 mrc p15,0,r0,c1,c0,0;   // 读出cp15的c1到r0中
 bic r0, r0, #(1<<12)   // bit12 置0  关icache
 orr r0, r0, #(1<<12)   // bit12 置1  开icache
 mcr p15,0,r0,c1,c0,0;

代码解析：

ARM处理器的icache是由cp15协处理的c1寄存器的bit 12控制，想要开关icache就是去操作cp15协处理的c1寄存器，采用经典的“读改写”三部曲。
1.用mrc命令将cp15的c1寄存的值读取到ARM处理的r0寄存器(这里的r0是代表ARM处理器的可用寄存器，用其他的寄存器也可以)；
2.修改r0寄存器的bit 12的值，0是关，1是开；
3.用mcr将r0的值写回c1。这样就完成了对c1寄存器bit 12的改写，从而实现开关icache。