嵌入式系統中的CACHE問題

摘要：描述了在實時嵌入式系統開發中遇到的與ＣＡＣＨＥ有關的問題。對引起這些問題的原因——ＣＡＣＨＥ和ＲＡＭ的不一致性進行了討論。最后，提出了解決問題的方法。

    關鍵詞：嵌入式實時系統 ＣＡＣＨＥ 不一致性

隨著社會的發展、人們生活水平的提高，人們對嵌入式計算機應用的要求也越來越高。因此，對嵌入式系統的性能要求也越來越高。明顯體現在嵌入式系統的ＣＰＵ速度的不斷提高上。但問題也隨之而來，嵌入式ＣＰＵ的主頻不斷地提高，一方面加強了ＣＰＵ的處理能力，另一方面，在速度上造成了與慢速的系統存儲器極不相配的情況，從而影響了整個系統的性能。

為了解決這個問題，引入了ＣＡＣＨＥ技術。ＣＡＣＨＥ是一種高速緩沖存儲器，是為了解決ＣＰＵ和主存之間速度不匹配而采用的一項重要技術。通過在主存和高速ＣＰＵ之間設置一個小容量的高速存儲器，在其中存放ＣＰＵ常用的指令和數據，ＣＰＵ對存儲器的訪問主要體現在對ＳＲＡＭ的存取，ＣＰＵ可以不必加等待狀態而保持高速操作。

采用ＣＡＣＨＥ技術，解決了ＣＰＵ與主存之間速度不匹配的問題；但它又帶來了一些其它問題，如本文將提到的一致性問題。

１ 問題的發現與原因

在進行某嵌入式系統項目的開發過程中，有一個環節需要使用ＤＭＡ方式進行數據傳輸。當程序運行后，發現傳到目的地的數據塊中經常會有一些錯誤的字節。如：數據本應為００ ０１ ０２ ０３ ０４ ０５ ０６ ０７ ０８ ０９ ０Ａ ０Ｂ ．．．（１６進制），結果卻是００ ０１ ０２ ０３ ００ ００ ００ ００ ０８ ０９ ０Ａ ０Ｂ ．．．。在某些環節也出現了類似的問題。例如，通過ＨＤＬＣ通道向外發送數據，發送的總是緩沖區初始化時的內容，實際要發送的數據總是發不出去，但使用調試工具看內存中的數據，卻是正確的。

經過一段時間的調試，發現出現這種現象的環節都使用了ＤＭＡ傳輸數據。在通過ＨＤＬＣ通道發送數據的例子中，ＨＤＬＣ通道內部也是用ＤＭＡ方式從內存直接讀數據并向外發送。經過分析，認為問題的原因是出在ＣＡＣＨＥ上，是由于ＣＡＣＨＥ數據與內存數據的不一致性造成的。

所謂ＣＡＣＨＥ數據與內存數據的不一致性，是指：在采用ＣＡＣＨＥ的系統中，同樣一個數據可能既存在于ＣＡＣＨＥ中，也存在于主存中，數據一樣則具有一致性，數據若不一樣就叫做不一致性。具體表現在兩個方面：

（１）更新

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