Cache基本原理--以TC3xx为例(2)

1.概述

2. Cache映射模式

3.DCache的数据一致性

4.小结

1.概述

上一篇Cache基本原理--以TC3xx为例(1)-CSDN博客，我们聊了Cache基本概念，接下来我们将继续聊Cache映射模式，DCache的数据一致性问题。

2. Cache映射模式

常见的Cache地址映射模式包括直接映射、组相联和全相联。

直接映射(Direct Mapping)：在直接映射中，每个主存地址只能映射到Cache中的唯一一行。这意味着主存中不同块可能会填充到相同的Cache Line里。如下图：

组相联(Set Associative Mapping) ：Cache被划分为多个Set，每个Set包含多个Way的Cache Line。主存地址被映射到某个Set，然后在该Set内进行查找。每个Set内的CacheLine数量通常是2的幂次方，例如2、4、8等。组相联映射通过减少冲突提高了缓存的性能。

上面有点晕不要慌，这里就不得不来点术语了。如下图所示：

Way -- 相当于Cache的一页，如上述示例，Cache就有2 Ways

Set -- 每个Way里的同一Cache Line组成Set

这里理解了，英飞凌描述的2-way set associative DCache是不是就手拿把攥了。

英飞凌每个CPU都有16K DCache，Cache Line为32Bytes，因此总共有512个Cache Line。那么针对memory地址就可以分为：

我们计算非Tag后的偏移2^14 = 16KB，这也与Cache Size刚好对上。

全相联映射（Fully Associative Mapping）： 主存地址可以映射到Cache中的任何一行，而不受限制于特定的组。这意味着任何Cache Line都可以存储任何主存地址的数据。全相联映射通常需要更多的硬件支持，如标记比较电路，但可以最大程度地减少冲突，提高缓存的命中率。

3.DCache的数据一致性

谈到DCache的数据一致性，就不得不先讨论Cache的写策略。

常见的Cache写策略分为Write-Through和Write-Back。

Write-Through ：修改数据时，该修改会同时作用在Cache和Memory中，如下图：

Write-Back：修改数据时，会先发生在Cache里，Memory中的母本更新会等待一些时间：

以英飞凌TC3xx系列为例，我们来看它是如何出现数据一致性问题的（注意TC3xx是Write Back Cache）。

CPU0\1共享LMU0，CPU0和CPU1同时修改LMU0[3]的值 3->9、LMU0[2]的值 2 -> 8，我们可以看到LMU0里的值确实变为了9，但是思考一下，这时候CPU1去获取LMU0[3]，应该是几？当然是Cache里面的3，这里数据就不一致了。紧接着由于CPU1中的Cache数据改变也反映到了LMU0中，此时可以发现，LMU0[3]变为了3，cpu0的修改出现了丢失了。因为Cache的更新至少得以Cache Line为单位。

那么，如何来避免这些问题呢？翻看TC3xx Aurix 内核手册，可以得到以下几种方式：