MICROCHIP TB3308 使用緩存維護用戶指南在運行時處理緩存一致性問題

對於在具有可快取記憶體區域的微控制器 (MCU) 上運行的應用程式來說，快取一致性問題是不可避免的，這些微控制器使用直接記憶體存取 (DMA) 進行資料傳輸操作。這是因為當 DMA 在外部裝置和實體記憶體之間傳輸資料時，CPU 從快取執行讀取/寫入操作。
處理快取一致性的方法之一要求應用程式使用快取維護操作在運行時管理快取。 MPLAB® Harmony v3 為 PIC32MZ 裝置提供快取維護應用程式介面 (API)。
本文檔介紹了應用程式如何使用 MPLAB Harmony v3 下的快取管理 API 在執行時間管理快取一致性問題。
筆記： 本文檔中討論的概念對於所有 PIC32MZ MCU 都是通用的。 PIC32MZ EF 用作 examp來討論這些概念。

描述

下圖說明了 DMA 從 PIC32MZ EF MCU 上的 SRAM 讀取資料時觀察到的快取一致性問題。

圖 1-1。 記憶體到週邊傳輸（DMA 從 SRAM 讀取）

應用程式提交請求以將資料緩衝區 TxBuffer 值“ABCDEFGH”傳輸到週邊。 CPU 將要寫入週邊裝置的資料「ABCDEFGH」填入 DMA 寫入緩衝區 (TxBuffer)。
但由於設定的快取策略Write Back和Write Allocate，DMA寫緩衝區（TxBuffer）可能無法立即寫入主存，寫入的資料可能會保留在資料快取中。主記憶體中的 DMA 寫入緩衝區 (TxBuffer) 仍包含舊值「12345678」。
當 DMA 被觸發以啟動記憶體到外設的傳輸時，DMA 從主記憶體中讀取緩衝區（TxBuffer）為「12345678」。結果，DMA 最終將過時的資料傳輸到週邊。
下圖說明了 DMA 寫入 SRAM 時觀察到的快取一致性問題。

圖 1-2。週邊到記憶體傳輸（DMA 寫入 SRAM）

應用程式提交請求以從外設接收 RxBuffer 中值為「12345678」的資料。 DMA 使用 SRAM 中的值「12345678」填入 RxBuffer。然而，資料快取並沒有更新，它繼續保存先前的資料。當 CPU 讀取 RxBuffer 時，它最終會讀取緩衝區中包含的先前值作為「ABCDEFGH」。

處理快取一致性
記憶體到週邊傳輸（DMA 從 SRAM 讀取）和周邊到記憶體傳輸（DMA 寫入 SRAM）中說明了處理快取一致性問題的兩種方法。這些方法涉及應用程式使用維護操作在運行時管理快取。這些操作包括執行以下操作的能力：
使緩存無效： 將快取行標記為無效。後續存取會強制將資料從主記憶體複製到快取。
清理快取： 將標記為髒的快取行寫回主記憶體要處理記憶體到週邊傳輸（DMA 從 SRAM 讀取）中討論的快取一致性，請執行以下操作：

應用程式以值“ABCEDFGH”填入寫入資料緩衝區（TxBuffer）。由於預設的快取策略（Write Back 和 Write Allocate），寫入的資料可能在快取中。
圖 1-3。填充寫入緩衝區
透過呼叫清理快取 API，將值為「ABCDEFGH」的寫入資料緩衝區 (TxBuffer) 刷新到主記憶體。
圖 1-4。刷新寫入緩衝區

應用程式提交請求，將值為「ABCDEFGH」的 TxBuffer 資料傳輸到週邊。
圖 1-5。寫入外設

若要處理外設到記憶體傳輸（DMA 寫入 SRAM）中討論的快取一致性，請執行以下步驟：

應用程式呼叫無效快取 API 將快取行標記為無效。
圖 1-6。使緩存失效
應用程式提交請求以從外設接收 RxBuffer 中值為「12345678」的資料。

DMA 使用 SRAM 中的值「12345678」填入 RxBuffer。
由於RxBuffer對應的快取行處於無效狀態，CPU的讀取存取會導致RxBuffer從主記憶體複製到資料快取中。
圖 1-7。處理外設到記憶體傳輸快取一致性

執行

配置
在 PIC3 MZ EF 的 MPLAB Harmony v32 專案中，快取維護作業由 MPLAB Harmony v3 設定器（MHC）或 MPLAB 程式碼配置器（MCC）啟用。在 MHC 或 MCC 中，可以在專案圖 > 系統 > MIPS 配置 > 快取下找到配置設定。
圖 2-1。 MHC 快取配置

資料快取維護 API
MPLAB Harmony v3 提供以下資料快取維護 API：
表 2-1。資料快取維護 API

姓名	描述
DCACHE_INVALIDATE（無效）	在啟用之前使整個資料快取失效。
DCACHE_CLEAN_BY_ADDR（uint32_t addr，size_t sz）	寫回並使資料高速緩存中的位址範圍無效。
DCACHE_INVALIDATE_BY_ADDR（uint32_t addr，size_t sz）	使資料高速緩存中的位址範圍無效。
DCACHE_CLEAN_INVALIDATE_BY_ADDR（uint32_t addr，size_t sz）	寫回並使資料高速緩存中的位址範圍無效。

筆記：

MCU 特定資料和指令快取維護 API 可作為外設庫 (PLIB) plib_cache.c 提供。請參閱 PLIB 應用程式 examp樂在：
https://github.com/Microchip-MPLAB-Harmony/csp_apps_pic32mz_ef/tree/master/apps/cache/cache_maintenance.
使用透過位址 API 進行快取清理和快取無效時：
- 地址： 必須與快取行大小邊界對齊。這意味著 DMA 緩衝區位址必須與 16 位元組邊界對齊。
- 尺寸： 必須是快取行大小的倍數。這意味著 DMA 緩衝區大小必須是 16 個位元組的倍數。

Example
以下代碼例如amp此檔案示範如何使用資料快取維護 API 以及 MPLAB Harmony v3 DMA 週邊程式庫 API 透過 UART 介面讀寫資料。

詳細原始碼請參考PLIB應用examp樂在：
https://github.com/Microchip-MPLAB-Harmony/csp_apps_pic32mz_ef/tree/master/apps/cache/cache_maintenance.
筆記： 上面討論的高速緩存一致性問題也可以在連結時透過使用爭用資料緩衝區的一致性變數屬性來處理。
無符號 int __attribute__((相干)) 緩衝區[1024];
在此程式碼中，編譯器（在連結時）在不可快取的記憶體區域 KSEG1024 中分配 1 個元素。

參考

以下文件被列為資源。有關快取一致性和相關 Microchip 產品的更多信息，請參閱 Microchip Web網站，或聯繫當地的 Microchip 銷售代表。

在 PIC1MZ 裝置上使用 L32 快取
PIC32MZ EF 快取維護 PLIB Example
MPLAB Harmony v3 快速文件包提供獨立的幫助頁面，讓使用者開始在 Microchip 32 位元 SAM 和 PIC32 MCU 上開發應用程式。下載quick_docs儲存庫並從index.html開始 file 在 docs 資料夾中可用。
線上版本可在以下位置取得： microchip-mplab-harmony.github.io/quick_docs/.

MPLAB Harmony v3登陸 web 頁： www.microchip.com/mplab/mplab-harmony

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文件/資源

MICROCHIP TB3308 使用快取維護在執行時處理快取一致性問題 [pdf] 使用者指南
TB3308 使用快取維護在運行時處理快取一致性問題, TB3308, 使用快取維護在運行時處理快取一致性問題, 運行時使用快取維護, 快取維護

參考

使用者手冊

MICROCHIP TB3308 使用快取維護在執行時處理快取一致性問題

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