3 Cache 的初始化

在 MIPS32 架构中，Cache 的初始化需要进行以下几个步骤：

禁用 Cache：在初始化 Cache 之前，需要先将 Cache 禁用。可以通过向 Cache 控制寄存器（Cache Control Register）写入特定值来实现禁用 Cache。具体来说，可以将控制寄存器的 Bit 30（DC）和 Bit 22（IC）分别设置为 0，以禁用数据缓存和指令缓存。

li $t0, 0x18040000  # 将控制寄存器的 Bit 30 和 Bit 22 设置为 0
mtc0 $t0, $16       # 向 Cache 控制寄存器写入控制值
nop                 # 等待操作完成

设置 Cache 大小和行大小：在禁用 Cache 后，需要设置 Cache 的大小和行大小。可以通过向 Cache 控制寄存器（Cache Control Register）写入特定值来实现设置。具体来说，可以将控制寄存器的 Bit 16（K0）和 Bit 12（L）分别设置为对应的值，以设置 Cache 的大小和行大小。

li $t0, 0x00041000  # 将控制寄存器的 Bit 16 和 Bit 12 设置为对应的值
mtc0 $t0, $16       # 向 Cache 控制寄存器写入控制值
nop                 # 等待操作完成

使能 Cache：在设置完 Cache 大小和行大小后，需要使能 Cache。可以通过向 Cache 控制寄存器（Cache Control Register）写入特定值来实现使能 Cache。具体来说，可以将控制寄存器的 Bit 30（DC）和 Bit 22（IC）分别设置为 1，以使能数据缓存和指令缓存。

li $t0, 0x98040000  # 将控制寄存器的 Bit 30 和 Bit 22 设置为 1
mtc0 $t0, $16       # 向 Cache 控制寄存器写入控制值
nop                 # 等待操作完成

清除 Cache：在使能 Cache 后，需要清除 Cache 中的数据，以保证 Cache 中的数据和主存中的数据一致。可以使用 cache 0x1f 指令清除 Cache 中的所有行。

li $t0, 0x80000000  # 将 $t0 设置为缓存基地址
li $t1, 0x00000000  # 将 $t1 设置为缓存控制值（清除所有行）
cache 0x1f, 0($t0)  # 清除缓存

以上是 Cache 初始化的基本流程和代码示例，需要根据实际情况进行调整和优化。

3.1 C语言初始化代码

#define CACHE_SIZE 8192
#define CACHE_LINE_SIZE 32// 定义 Cache 行的数据结构
typedef struct cache_line {uint32_t tag;uint8_t data[CACHE_LINE_SIZE];
} cache_line_t;// 定义 Cache 的数据结构
typedef struct cache {cache_line_t lines[CACHE_SIZE / CACHE_LINE_SIZE];
} cache_t;int main() {cache_t *cache = malloc(sizeof(cache_t));if (cache == NULL) {printf("Failed to allocate memory for cache\n");return 1;}// 初始化 Cachefor (int i = 0; i < CACHE_SIZE / CACHE_LINE_SIZE; i++) {cache_line_t *line = &(cache->lines[i]);line->tag = 0;for (int j = 0; j < CACHE_LINE_SIZE; j++) {line->data[j] = 0;}}printf("Cache initialization completed\n");return 0;
}

在上面的代码中，我们首先定义了一个 Cache 行的数据结构 cache_line，它包括一个 tag 和一个大小为 CACHE_LINE_SIZE 的数据数组。然后定义了 Cache 的数据结构 cache，它包括 CACHE_SIZE / CACHE_LINE_SIZE 个 Cache 行。

接着在 main() 函数中，我们首先使用 malloc() 分配了一个 Cache 的内存空间。然后使用循环遍历了每个 Cache 行，并将它们的 tag 和数据数组初始化为 0。

4 di指令使用

在 MIPS32 汇编中，di 指令用于禁用中断，其汇编语法为：

di

该指令会将当前的中断屏蔽状态设置为全禁止，即使中断请求到达，CPU 也不会响应。一般情况下，di 指令会与 ei 指令结合使用，形成临界区，确保在临界区内的指令不会被中断打断。

例如，下面的代码片段展示了 di 和 ei 指令的使用，以确保对共享变量的操作是原子的：

  # 进入临界区di           # 禁用中断lw $t0, var  # 读取共享变量到寄存器 $t0addi $t0, $t0, 1  # 对共享变量加 1sw $t0, var  # 将寄存器 $t0 写回共享变量ei           # 启用中断# 离开临界区

在上面的例子中，禁用中断可以保证对共享变量的操作是原子的，从而避免竞态条件的发生。当临界区内的代码执行完毕后，启用中断，以便 CPU 可以响应中断请求。