MICROCHIP TB3308 Gestione dei problemi di coerenza della cache in fase di runtime utilizzando la Guida per l'utente alla manutenzione della cache

Il problema della coerenza della cache è inevitabile per le applicazioni eseguite su microcontrollori (MCU) dotati di regioni di memoria memorizzabili nella cache, che utilizzano un accesso diretto alla memoria (DMA) per le operazioni di trasferimento dei dati. Ciò è dovuto al fatto che la CPU esegue un'operazione di lettura/scrittura dalla cache mentre il DMA trasferisce i dati tra la periferica e la memoria fisica.
Uno dei metodi per gestire la coerenza della cache richiede che l'applicazione gestisca la cache in fase di esecuzione utilizzando le operazioni di manutenzione della cache. MPLAB® Harmony v3 fornisce API (Application Program Interface) per la manutenzione della cache per i dispositivi PIC32MZ.
Questo documento spiega come un'applicazione può gestire i problemi di coerenza della cache in fase di esecuzione utilizzando le API di gestione della cache in MPLAB Harmony v3.
Nota: I concetti discussi in questo documento sono comuni a tutti gli MCU PIC32MZ. Il PIC32MZ EF viene utilizzato come example per discutere i concetti.

Descrizione

La figura seguente illustra il problema di coerenza della cache osservato quando il DMA legge dalla SRAM sull'MCU EF PIC32MZ.

Figura 1-1. Trasferimento da memoria a periferica (letture DMA da SRAM)

L'applicazione invia una richiesta per trasferire il valore del buffer dati TxBuffer 'ABCDEFGH' alla periferica. La CPU popola il buffer di scrittura DMA (TxBuffer) con i dati da scrivere 'ABCDEFGH' sulla periferica.
Tuttavia, a causa della policy cache impostata Write Back e Write Allocate, il buffer di scrittura DMA (TxBuffer) potrebbe non essere scritto immediatamente nella memoria principale e i dati scritti potrebbero rimanere nella cache dei dati. Il buffer di scrittura DMA (TxBuffer) nella memoria principale contiene ancora il vecchio valore '12345678'.
Quando il DMA viene attivato per avviare il trasferimento dalla memoria alla periferica, il DMA legge il buffer (TxBuffer) dalla memoria principale come '12345678'. Di conseguenza, il DMA finisce per trasferire i dati obsoleti alla periferica.
La figura seguente illustra il problema di coerenza della cache osservato quando il DMA scrive nella SRAM.

Figura 1-2. Trasferimento dalla periferica alla memoria (scritture DMA su SRAM)

L'applicazione invia una richiesta per ricevere dati nel RxBuffer con un valore di '12345678' dalla periferica. Il DMA popola RxBuffer con un valore di "12345678" nella SRAM. Tuttavia, la cache dei dati non viene aggiornata e continua a conservare i dati precedenti. Quando la CPU legge RxBuffer, finisce per leggere il valore precedente contenuto nel buffer come 'ABCDEFGH'.

Gestione della coerenza della cache
I due metodi per gestire i problemi di coerenza della cache sono illustrati in Trasferimento da memoria a periferica (letture DMA da SRAM) e Trasferimento da periferica a memoria (scritture DMA su SRAM). Questi metodi prevedono che l'applicazione gestisca la cache in fase di esecuzione utilizzando le operazioni di manutenzione. Le operazioni includono la possibilità di eseguire queste azioni:
Invalidare la cache: Contrassegna le righe della cache come non valide. L'accesso successivo forza la copia dei dati dalla memoria principale alla cache.
Pulisci la cache: Scrive le linee della cache, contrassegnate come sporche, nella memoria principale. Per gestire la coerenza della cache discussa in Trasferimento dalla memoria alla periferica (letture DMA da SRAM), eseguire le seguenti azioni:

L'applicazione riempie il buffer dei dati di scrittura (TxBuffer) con il valore 'ABCEDFGH'. A causa della policy cache predefinita (Write Back e Write Allocate), i dati scritti potrebbero trovarsi nella cache.
Figura 1-3. Popolare il buffer di scrittura
Svuota il buffer dei dati di scrittura (TxBuffer) con il valore "ABCDEFGH" nella memoria principale chiamando l'API clean cache.
Figura 1-4. Svuota buffer di scrittura

L'applicazione invia una richiesta per trasferire i dati dal TxBuffer con un valore di "ABCDEFGH" alla periferica.
Figura 1-5. Scrivi su periferica

Per gestire la coerenza della cache come discusso in Trasferimento dalla periferica alla memoria (scritture DMA su SRAM), attenersi alla seguente procedura:

L'applicazione chiama l'API Invalidate cache per contrassegnare le righe della cache come non valide.
Figura 1-6. Invalida cache
L'applicazione invia una richiesta per ricevere dati nel RxBuffer con un valore di '12345678' dalla periferica.

Il DMA popola l'RxBuffer con un valore di '12345678' nella SRAM.
Poiché la riga della cache corrispondente all'RxBuffer si trova in uno stato non valido, un accesso in lettura da parte della CPU fa sì che l'RxBuffer venga copiato dalla memoria principale nella cache dei dati.
Figura 1-7. Gestire la coerenza della cache di trasferimento dalla periferica alla memoria

Implementazione

Configurazione
In un progetto MPLAB Harmony v3 per PIC32 MZ EF, le operazioni di manutenzione della cache sono abilitate da MPLAB Harmony v3 Configurator (MHC) o MPLAB Code Configurator (MCC). In MHC o MCC, l'impostazione di configurazione è disponibile nel grafico del progetto > Sistema > Configurazione MIPS > Cache.
Figura 2-1. Configurazione della cache MHC

API di manutenzione della cache di dati
MPLAB Harmony v3 fornisce le seguenti API di manutenzione della cache dei dati:
Tabella 2-1. API di manutenzione della cache di dati

Nome	Descrizione
DCACHE_INVALIDATE (vuoto)	Invalida l'intera cache dei dati prima di abilitarla.
DCACHE_CLEAN_BY_ADDR (uint32_t indirizzo, size_t sz)	Riscrivi e invalida un intervallo di indirizzi nella cache dei dati.
DCACHE_INVALIDATE_BY_ADDR (uint32_t indirizzo, size_t taglia)	Invalidare un intervallo di indirizzi nella cache dei dati.
DCACHE_CLEAN_INVALIDATE_BY_ADDR (uint32_t indirizzo, size_t sz)	Riscrivi e invalida un intervallo di indirizzi nella cache dei dati.

Note:

Le API di manutenzione della cache di dati e istruzioni specifiche dell'MCU sono disponibili come libreria periferica (PLIB) plib_cache.c. Fare riferimento all'applicazione PLIB esample a:
https://github.com/Microchip-MPLAB-Harmony/csp_apps_pic32mz_ef/tree/master/apps/cache/cache_maintenance.
Quando si utilizza la pulizia della cache e l'invalidazione della cache in base alle API dell'indirizzo:
- indirizzo: Deve essere allineato al limite della dimensione della riga della cache. Ciò significa che l'indirizzo del buffer DMA deve essere allineato al limite di 16 byte.
- dimensione: Deve essere un multiplo della dimensione della riga della cache. Ciò significa che la dimensione del buffer DMA deve essere un multiplo di 16 byte.

Example
Il seguente codice esample dimostra l'utilizzo delle API di manutenzione della cache dei dati insieme alle API della libreria periferica DMA MPLAB Harmony v3 per leggere e scrivere dati sull'interfaccia UART.

Per il codice sorgente dettagliato, fare riferimento all'applicazione PLIB example a:
https://github.com/Microchip-MPLAB-Harmony/csp_apps_pic32mz_ef/tree/master/apps/cache/cache_maintenance.
Nota: I problemi di coerenza della cache discussi sopra possono anche essere gestiti al momento del collegamento utilizzando l'attributo variabile coerente del buffer di dati in conflitto.
unsigned int __attribute__((coerente)) buffer[1024];
In questo codice, il compilatore alloca (al momento del collegamento) l'elemento 1024 nella regione di memoria non memorizzabile nella cache KSEG1.

Riferimenti

I seguenti documenti sono elencati come risorse. Per ulteriori informazioni sulla coerenza della cache e sui prodotti Microchip correlati, fare riferimento al documento Microchip Websito o contattare un rappresentante di vendita Microchip locale.

Utilizzo della cache L1 sui dispositivi PIC32MZ
PIC32MZ EF Cache Manutenzione PLIB Example
Il pacchetto MPLAB Harmony v3 Quick Docs fornisce pagine di aiuto autonome per consentire agli utenti di iniziare a sviluppare applicazioni sugli MCU SAM e PIC32 a 32 bit di Microchip. Scarica il repository quick_docs e inizia con index.html file disponibile nella cartella documenti.
La versione online è disponibile all'indirizzo: microchip-mlab-harmony.github.io/quick_docs/.

Atterraggio MPLAB Harmony v3 web pagina: www.microchip.com/mlab/mlab-harmony

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