嵌入式系统中的CACHE问题

到ＲＡＭ中。当ＣＡＣＨＥ中无可用空间时，一般使用最近最少使用算法（ＬＲＵ）来决定哪一个ＣＡＣＨＥ项被替换。ｃｏｐｙｂａｃｋ模式提供了很高的系统性能，但是需要更多的一致性作保证。为了便于理解，给出一个使用了ＣＡＣＨＥ的系统的逻辑框图，如图１所示。
　　
　　该系统中两个地方会发生ＣＡＣＨＥ的不一致性：
　　
　　（１）数据ＣＡＣＨＥ／ＲＡＭ
　　
　　数据ＣＡＣＨＥ与ＲＡＭ之间的问题源于处理器和其他总线控制器对ＲＡＭ的异步读写访问。ＤＭＡ设备和其他总线控制器对ＲＡＭ的访问是引起ＣＡＣＨＥ一致性问题的主要原因，这个问题可以通过在程序中加入一些代码来解决。
　　
　　（２）共享ＣＡＣＨＥＬＩＮＥ
　　
　　当一个ＣＡＣＨＥＬＩＮＥ被两个以上的线程共享时，也会产生一致性问题。当某个线程使一个ＣＡＣＨＥＬＩＮＥ无效时，这个ＣＡＣＨＥＬＩＮＥ中的一些项可能属于另外一个线程。这个问题也可以通过一定的方法来避免，只要在分配内存时大小是ＣＡＣＨＥＬＩＮＥ大小的整数倍即可。
　　
　　在哈佛体系结构、ｃｏｐｙｂａｃｋ模式和无软件干预的前提下，最佳的保持一致性的方法就是使用具有总线监听能力的硬件。将ＣＡＣＨＥ、ＲＡＭ、ＤＭＡ设备和其它所有的总线主控设备都连到一个物理总线上，以使ＣＡＣＨＥ可以对该总线上的总线交互过程进行监听，ＣＡＣＨＥ将对总线上的地址周期和控制（读／写）比特监听，数据周期则被延迟到需要时才进行。当ＣＡＣＨＥ中的一项被一个异步操作修改时，该ＣＡＣＨＥ项就会被标为无效。如果处理器对一个已经被标为无效的ＣＡＣＨＥ项进行访问时，ＣＡＣＨＥ就会从ＲＡ
　　
　　
　　
　　Ｍ中重新载入有效数据。在ｃｏｐｙｂａｃｋ模式下，处理器对ＣＡＣＨＥ进行写操作时，ＲＡＭ相应地址中的内容就变成过时。如果另外一个设备想访问ＲＡＭ中的这部分内容，ＣＡＣＨＥ就会抢占该访问周期，将有效的数据写入ＲＡＭ。然后被抢占的访问周期重新开始并将读到ＲＡＭ中的有效数据。但是，目前提供监听能力的板子并不多。
　　
　　３解决的方法
　　
　　根据上面的分析和讨论，可见问题正是由数据ＣＡＣＨＥ／ＲＡＭ的不一致性引起的。虽然关掉ＣＡＣＨＥ就可以解决一致性的问题，并且能够减小程序开发的复杂度。但是一个高性能的系统是需要ＣＡＣＨＥ的，关掉ＣＡＣＨＥ会大大降低系统的性能。因此，本文仅讨论在程序中加入代码来克服一致性问题的方法。
　　
　　可以采用以下几种加入代码的方法来解决一致性的问题?本文使用ＷＩＮＤＲＩＶＥＲ公司的嵌入式实时多任务操作系统ＶｘＷＯＲＫＳ，下面的函数都是ＶｘＷＯＲＫＳ提供的?：
　　
　　（１）对于时间上不是那么关键的程序段，可以先用下面的代码维护数据ＣＡＣＨＥ的一致性。
　　
　　ｃａｃｈｅＩｎｖａｌｉｄａｔｅ?ＤＡＴＡ＿ＣＡＣＨＥ?ａｄｄｒｅｓｓ?ｂｙｔｅｓ??
　　
　　／?输入缓冲区?／
　　
　　．．．
　　
　　ｃａｃｈｅＦｌｕｓｈ?ＤＡＴＡ＿ＣＡＣＨＥ?ａｄｄｒｅｓｓ?ｂｙｔｅｓ??
　　
　　／?输出缓冲区?／
　　
　　（２）对于时间上比较关键的程序段?采用如下原则：在每次使用输出缓冲区前将其更新；在每次使用输入缓冲区前使其无效。
　　
　　将缓冲区标示为“ｎｏｎ－ｃａｃｈｅａｂｌｅ”可以防止一致性问题，这需要ＭＭＵ支持。在分配缓冲区时，将其标示为

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