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1. Vxworks下的高速緩沖存儲器一致性問題 美國風(fēng)河(Wind River)公司的VxWorks是目前最先進(jìn)的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)。Tornade是它的集成一體開發(fā)環(huán)境。然而，VxWorks下編程硬件驅(qū)動程序時(shí)卻存在著高速緩沖存儲器一致性(Cache Coherence)的問題。該系統(tǒng)下有兩個(gè)cache區(qū)：數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器和指令高速緩沖存儲器。本文討論的高速緩沖存儲器問題均指數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器。 高速緩沖存儲器一致性問題是指高速緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)必須與內(nèi)存中的數(shù)據(jù)保持同步(一致)。這個(gè)問題常發(fā)生在CPU內(nèi)核與另一個(gè)設(shè)備異步訪問內(nèi)存時(shí)。 高速緩沖存儲器可以工作在Write-through或copyback模式。在Write-through模式下，數(shù)據(jù)輸出時(shí)，系統(tǒng)會把數(shù)據(jù)同時(shí)寫入高速緩沖存儲器和內(nèi)存中。這樣就保證了輸出時(shí)的高速緩沖存儲器一致性。但該模式卻無法解決輸入時(shí)的高速緩沖存儲器一致性問題.在Copyback模式下。系統(tǒng)只寫數(shù)據(jù)到高速緩沖存儲器中，因此對于數(shù)據(jù)輸入和輸出都存在高速緩沖存儲器一致性問題。 VxWorks下通常有兩種方法解決高速緩沖存儲器一致性問題。 (1)Cache-safe buffer(即non-cacheable 的buffer)。這種情況下，CPU讀數(shù)據(jù)時(shí)會從內(nèi)存中讀取.而不是從高速緩沖存儲器中讀取：而CPU寫數(shù)據(jù)時(shí)則同時(shí)寫入高速緩沖存儲器和內(nèi)存. 該方案可通過以下兩種方法實(shí)現(xiàn). * 在內(nèi)存段屬性中定義此段buffer，空間屬性為non-cacheable; * 在內(nèi)存管理單元MMU支持下，用cacheDmaMalloc()/cacheDmaFree()獲得此段buffer。則此段buffer是non-cacheable的(注意無MMU時(shí)。分配的buffer是cacheable。此法不支持這種情況)。 (2)對于cacheable的buffer空間，采用flush()/invalidate()函數(shù)或宏來配合讀/寫使用此段buffer空間。flush()將高速緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存。invalidate()則將內(nèi)存中數(shù)據(jù)寫入高速緩沖存儲器。這兩個(gè)函數(shù)都保證了高速緩沖存儲器與內(nèi)存同步。 實(shí)際flush()/invalidate()函數(shù)有如下兩組，功能相同稍有區(qū)別： 組1：CACHE_DMA_FLUSH()函數(shù)和CACHE_DMA_INVALIDATE()函數(shù) 組2：cacheFlush()函數(shù)和cacheInvalidate()函數(shù) 第一組實(shí)際是2個(gè)宏，與cacheDmaMalloc()函數(shù)配合使用。 2. MPC860上高速緩沖存儲器一致性的軟件設(shè)計(jì)方法 MPC860是摩托羅拉公司的32位多用途集成通信控制器。主要包括一個(gè)32位的嵌入式PowerPC core。一個(gè)通信處理模塊CPM，一個(gè)系統(tǒng)集成模塊SIM60及一個(gè)獨(dú)立的快速以太網(wǎng)FEC模塊。在VxWorks下編寫MPC860的驅(qū)動程序。要保護(hù)的是CPM、FEC模塊的發(fā)送/接收緩沖區(qū)描述符TXBD/RXBD及其對應(yīng)的緩沖區(qū)對于MPC860開發(fā)中象BD(Buffer DescriptiOn)這樣的靜態(tài)空間適合采用cache-safe boffer方法。即采用第1種方法： 而對BD域中對應(yīng)的緩沖區(qū)，由于該緩沖區(qū)多是動態(tài)分配和釋放，更適合采用第2種方法，即采用flush()/invalidate()函數(shù)或宏來配合讀/寫使用此段緩沖區(qū)空間。這樣可以避免將整個(gè)的包括還未分配的空間都預(yù)先標(biāo)記為non-cacheable而造成效率低下。具體可以采用下面的方法： (1)TXBD/RXBD放在MPC860雙口RAM中。并在板級支持包BSP文件Syslib.c中的頁描述符數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) svsPhysMemDesc[]中定義860上所有64K內(nèi)存空間為non-cachable的緩沖區(qū)。從而不必做cache coherence的保護(hù)了。 (2)對應(yīng)TXBD/RXBD中數(shù)據(jù)指針域的發(fā)/收緩沖區(qū)均用cache DmaMalloc()獲得(具體是指初始化時(shí)給所有接收RXBD掛接的初始緩沖區(qū)和接收幀函數(shù)中給RXBD掛接的新緩沖區(qū).以及在應(yīng)用層中使用的發(fā)送TXBD對應(yīng)的緩沖區(qū))。而用cacheDmaFree()釋放。同時(shí)發(fā)送幀函數(shù)中用cacheFlush()函數(shù)保護(hù)待發(fā)送TXBD對應(yīng)的緩沖區(qū)：接收幀函數(shù)中用cache Invalidate()函數(shù)保護(hù)已經(jīng)裝載了接收數(shù)據(jù)的接收緩沖區(qū)。以快速以太網(wǎng)FEC的驅(qū)動程序?yàn)槔Ｗo(hù)具體實(shí)現(xiàn)如下： /* FEC發(fā)送幀函數(shù) */ FEC_SEND_FRAME() { /* 填寫發(fā)送buffer內(nèi)容，實(shí)際填寫在data cache中 */ sptr_tx_buffer[i]=data; fec.txBd.dataPointer=(char*)sptr_tx_buffer; /*將填寫在data cache中的內(nèi)容寫回內(nèi)存中的實(shí)際發(fā)送buffer(即以sptr_tx_buffer為地址的內(nèi)存)中*/ cacheFlush(DATA_CACHE,sptr_tx_buffer,1518); /*啟動發(fā)送命令，F(xiàn)EC控制器發(fā)送內(nèi)存中buffer內(nèi)容而非data cache中內(nèi)容*/ *(UINT32*)VXImmrGet()+MOT_FEC_TX_ACT_OFF))=MOT_FEC_TX_ACT; } /*FEC接收幀函數(shù)*/ FEC_RECEIVE_FRAME() { /*取得實(shí)際接收buffer的地址*/ pBuffer=(void*)fec.rxBd.dataPointer; /*將RXBD對應(yīng)的內(nèi)存中接收buffer中內(nèi)容寫回data cache中*/ cacheInvalidate(DATA_CACHE，pBuffer，1520); *vptr_buffer=pBuffer; /*以后CPU可以安全使用接收buffer中的內(nèi)容**vptr_buffer了*/ } if ((pBuffer = (void *)malloc (allocBytes)) == NULL) return (NULL); /* Flush any data that may be still sitting in the cache */ cacheClear (DATA_CACHE, pBuffer, allocBytes); cacheInvalidate (INSTRUCTION_CACHE, pBuffer, allocBytes); |
