高速緩存作為中央處理器 (CPU) 與主存之間的小規模快速存儲器，解決了兩者數據處理速度的平衡和匹配問題，有助於提高係統整體性能。多處理器 (SMP) 支持共享和私有數據的緩存，Cache 一致性協議用於維護由於多個處理器共享數據引發的多處理器數據一致性問題。論述了一個適用於64位多核處理器的共享緩存設計，包括如何實現多處理器緩存一致性及其全定製後端實現。

 

 

在多核 CPU中共享高速緩存主要負責緩存多個處理器核的數據，處理訪問這些數據的缺失請求並向 DRAM 控製器發送請求以獲得 DRAM fanhuideshuju。gongxianggaosuhuancuntongguojiaochakaiguanzongxianyugegechuliqihehulian，tongguojiaochakaiguanzongxianzhuanfatongxinshujubaojinxingshujutongxin。gongxianggaosuhuancunfenweisigehuancunzu
，meigehuancunzucaiyongzuxiangliandizhiyingshe。meigechulihexindoukeyifasongshujubaodaorenyiyigehuancunzu，tongshujubaoyekeyifanfangxiangfasongcongrenyiyigehuancunzudaorenyiyigechulihexin。

 

共享緩存采用四路組相聯映射
，將緩存分1024 組。緩存塊的物理地址分為3部分
，包括標簽塊、suoyinkuaiyijikuaineipianyi。suoyinbufenyongyuquedinghuancunkuaisuozaidezu。tongguobijiaowulidizhidebiaoqiankuaihesuoxuanzhongzuneidesilubiaoqian，keyiquedingfangwendemingzhonghuozhequeshi。zaimingzhongshi，bijiaodejieguozuoweiluxuanzexiangliangfawangshujuzhenlie。huancuntongguoluxuanzexianglianghezuxuanzexiangliangqueding。

 

 

對稱式共享存儲器多處理器係統中多處理器2高速緩存子係統共享同一個物理存儲器，通過總線連接，對於所有的處理器訪問存儲器的時間一致，即均勻存儲訪問 (UMA)。duichengshigongxiangcunchuqixitongzhichigongxianghesiyoushujudehuancun。siyoushujubeidangechuliqishiyong，ergongxiangshujuzebeiduogechuliqishiyong，tongguoduxiegongxiangshujuwanchengchuliqizhijiandetongxin。gongxiangshujuzaiduogehuancunzhongxingchengfuben，jianshaolefangwenshiyan
、降(jiang)低(di)了(le)對(dui)存(cun)儲(chu)器(qi)帶(dai)寬(kuan)的(de)要(yao)求(qiu)並(bing)減(jian)少(shao)多(duo)個(ge)處(chu)理(li)器(qi)讀(du)取(qu)共(gong)享(xiang)數(shu)據(ju)時(shi)的(de)競(jing)爭(zheng)現(xian)象(xiang)。然(ran)而(er)，共(gong)享(xiang)數(shu)據(ju)帶(dai)來(lai)了(le)緩(huan)存(cun)一(yi)致(zhi)性(xing)問(wen)題(ti)
，實(shi)現(xian)緩(huan)存(cun)一(yi)致(zhi)性(xing)關(guan)鍵(jian)在(zai)於(yu)跟(gen)蹤(zong)所(suo)有(you)共(gong)享(xiang)數(shu)據(ju)塊(kuai)的(de)狀(zhuang)態(tai)。目(mu)前(qian)為(wei)了(le)實(shi)現(xian)緩(huan)存(cun)一(yi)致(zhi)性(xing)而(er)廣(guang)泛(fan)采(cai)用(yong)的(de)有(you)目(mu)錄(lu)式(shi)以(yi)及(ji)監(jian)聽(ting)式(shi)這(zhe)兩(liang)種(zhong)協(xie)議(yi)。該(gai)設(she)計(ji)采(cai)用(yong)目(mu)錄(lu)式(shi)緩(huan)存(cun)一(yi)致(zhi)性(xing)協(xie)議(yi) ,把ba物wu理li存cun儲chu器qi的de共gong享xiang狀zhuang態tai放fang在zai目mu錄lu表biao中zhong，根gen據ju目mu錄lu跟gen蹤zong哪na一yi個ge以yi及ji緩huan存cun擁yong有you二er級ji緩huan存cun塊kuai的de副fu本ben。一yi級ji緩huan存cun是shi寫xie直zhi達da的de
，隻zhi有you無wu效xiao信xin息xi被bei要yao求qiu，共gong享xiang緩huan存cun是shi寫xie回hui的de，數shu據ju總zong可ke以yi從cong共gong享xiang緩huan存cun中zhong重zhong新xin得de到dao。為wei減jian少shao目mu錄lu的de開kai銷xiao，將jiang目mu錄lu放fang在zai緩huan存cun中zhong而er不bu是shi存cun儲chu器qi中zhong。

 

當一個塊還未被緩存有 2 種可能的目錄請求：

 

1) 讀缺失：共享緩存向發出請求的處理器送回所要求的數據，發送請求的節點成為唯一的共享節點。塊的狀態設為共享。

 

2) 寫缺失：向(xiang)發(fa)出(chu)請(qing)求(qiu)的(de)處(chu)理(li)器(qi)送(song)回(hui)數(shu)據(ju)並(bing)使(shi)它(ta)成(cheng)為(wei)共(gong)享(xiang)節(jie)點(dian)。數(shu)據(ju)塊(kuai)設(she)為(wei)獨(du)占(zhan)狀(zhuang)態(tai)，指(zhi)明(ming)這(zhe)是(shi)唯(wei)一(yi)有(you)效(xiao)的(de)緩(huan)存(cun)副(fu)本(ben)。共(gong)享(xiang)者(zhe)集(ji)合(he)中(zhong)指(zhi)明(ming)所(suo)有(you)者(zhe)。當(dang)數(shu)據(ju)塊(kuai)處(chu)於(yu)共(gong)享(xiang)狀(zhuang)態(tai)時(shi)，共(gong)享(xiang)緩(huan)存(cun)中(zhong)的(de)值(zhi)是(shi)最(zui)新(xin)的(de)，有(you) 2 種可能的目錄請求：

 

1) 讀缺失：共享緩存向發送請求的處理器送回所要求的數據，並將發送請求的處理器放到共享集中。

 

2) 寫缺失：向發送請求的處理器送回數據，無效共享集合中的處理器緩存塊，保存發送請求的處理器標識，將數據塊設置成獨占狀態。

 

當數據塊處於獨占狀態時

，塊的當前值保存在共享者集所指明的處理器的緩存中，有 3 種可能的目錄請求：

 

1) 讀缺失：xiangsuoyouzhechuliqifasongshujuxiaoxi，jianghuancunkuaizhuangtaisheweigongxiang。yousuoyouzhexiangmulufasongshuju，jiangshujuxierugongxianghuancunbingfasonghuifachuqingqiudechuliqi。zaijiangfachuqingqiudechuliqitianjiadaogongxiangzhejihezhong，zheshijihezhongrengranhuiyouqitasuoyouzhechuliqi。

 

2) 數據寫回：執行寫回操作，更新存儲器副本 ，共享者集合為空。

 

3) 寫缺失：數(shu)據(ju)塊(kuai)有(you)了(le)新(xin)的(de)所(suo)有(you)者(zhe)。向(xiang)舊(jiu)的(de)所(suo)有(you)者(zhe)發(fa)送(song)消(xiao)息(xi)

，使(shi)緩(huan)存(cun)將(jiang)該(gai)數(shu)據(ju)塊(kuai)設(she)置(zhi)為(wei)無(wu)效(xiao)
，並(bing)把(ba)值(zhi)發(fa)送(song)到(dao)目(mu)錄(lu)中(zhong)，再(zai)通(tong)過(guo)目(mu)錄(lu)把(ba)數(shu)值(zhi)發(fa)送(song)到(dao)發(fa)出(chu)請(qing)求(qiu)的(de)處(chu)理(li)器(qi)上(shang)。發(fa)出(chu)請(qing)求(qiu)的(de)處(chu)理(li)器(qi)成(cheng)為(wei)新(xin)的(de)所(suo)有(you)者(zhe)。共(gong)享(xiang)者(zhe)集(ji)合(he)隻(zhi)保(bao)留(liu)新(xin)所(suo)有(you)者(zhe)的(de)標(biao)識(shi)，而(er)塊(kuai)仍(reng)然(ran)處(chu)於(yu)獨(du)占(zhan)狀(zhuang)態(tai)。

 

 

用戶RAM大小為2MB
，掛接在雙核之間的AHB總線上，兩個內核訪問區域可以任意配置。其內部是一塊 SRAM 和AHB總線從接口電路，如圖2-1所示。讀訪問有一個周期的延遲，寫訪問無延遲。讀寫訪問時序見圖2-2、圖2-3。讀寫都支持字節（byte）訪問、半字（half-word）訪問或字（word）訪問。

 

用戶RAM所在的地址空間範圍為0xA0000000 ~ 0xA01FFFFF。

 

圖 2‑1 用戶RAM結構示意圖

 

假設CPU0寫數據到用戶RAM
，接著CPU1從用戶RAM讀數據。這種情況下，CPU0首先寫數據
，然後將標誌變量置1，表示用戶RAM內的數據已更新。標誌變量地址位於用戶RAM地址範圍內。接著CPU1讀標誌變量，若變量為1，則從用戶RAM內對應地址讀取CPU0寫入的數據
，並將標誌變量置0

；若標誌變量為0
，則表示用戶RAM內數據已被CPU1讀取過。

 

使用以上方法可實現核間數據交互。由於同一時刻AHB總線上隻能有一個設備利用總線進行讀寫
，所以可以保證讀寫操作的原子性，即標誌變量不可能被CPU0和CPU1同時訪問。從而保證了標誌變量的有效性。

 

圖 2‑2 用戶RAM讀時序

 

圖 2‑3 用戶RAM寫時序