S5PV210之iCache的打开和关闭

最新推荐文章于 2025-01-10 15:05:47 发布

原创最新推荐文章于 2025-01-10 15:05:47 发布 · 936 阅读

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本文详细解析了iCache的工作原理及其对CPU处理速度的影响。通过对比开启与关闭iCache的流水灯程序运行时间，证实了iCache的重要性。同时，介绍了如何通过ARM汇编指令操作CP15协处理器寄存器C1来实现iCache的开关。

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人生中第一遍博客哈哈哈，本人现在准大三，在暑假里既没有参加电赛，也没有其他事，所以目前在学习朱有鹏老师的嵌入式物联网课程，今天学到了打开和关闭icache的操作，话不多话，我来分享一下我学习的知识和经验吧。

我用我自己的话我对icache的理解说一下吧：iCache实际上就是一种内存，它是Cache的一种，Cache主要用于高速的缓存，如果说两种传输介质的传输速度相差太大的话，就可以用Cache来进行缓冲，我曾经在做51单片机的AD采样的时候，由于51单片机的内部没有自带有AD转换的功能，所以当时采用了一款高速的AD采样芯片（20M以上），但是由于51单片机的速度实在太慢，所以说在这两者之间就有传输和处理的速度差了，AD发过来的数据太快，51处理的太慢，所以在这种情况下，就是可以用Cache缓冲的，而在芯片内部，也有Cache的原因在于CPU和DDR之间传输数据的时候，这两者的处理速度也是差别很大的，所以说要加上Cache，以增加数据传输的速度（为什么在后面会说明）
iCache是Cache的一种，Cache有iCache和DCache两种，其中iCache用于存指令，DCache用于存数据。

在没有iCache的情况下，CPU是如何读取指令的呢？我们知道平时程序和指令平时存储在flash中，当需要的时候，就会从flash被调用到内存中去，再从内存调用到寄存器中，最后再被CPU调用，当加了iCache后，就在寄存器和内存中间加了一个缓冲区，而iCache它的特性就是会从flash中把程序中很多条指令一次性都加载到其中去，只要不发生特殊的情况，执行当前一句代码的下一句代码的可能性要大很多，因此，CPU就可以不必从读取速度低的内存中读取指令，而是可以从相对高速的iCache中读取，iCache就是这样的机制，其增加的速度就是iCache和内存存取速度的差，当然，一切都建立在程序正常执行的情况下。

S5PV210中的iCache示意

ARM的CP15协处理器中有0-15共16个寄存器，其中每个寄存器的作用如下图所式（图片来自于网络）:

在这里我们要对ICache进行操作，主要就是操作CP15的寄存器C1
下图是C1寄存器中各部分控制位的作用（只截取了部分控制位的描述）：

这样我们已经很清楚了，只要我们在CP15中的C1的I控制位（bit12），写入0或1，就可以禁止或者使能iCache

我们使用ARM汇编的指令对寄存器中的位进行操作，观察效果
mrc指令：用于读取协处理器中的寄存器
mcr指令：用于把数据写入到协处理器中的寄存器中
MRC {cond} coproc，opcode1，Rd，CRn，CRm，opcode2
MCR{cond} coproc，opcode1，Rd，CRn，CRm，opcode2
这里我想用比较通俗的语言解释一下各个部分的意义
coproc：就是说需要使用哪一个协处理器这里就填它的编号就OK，我们使用的是CP15,就写p15就可以
opcode1：对于CP15寄存器来说，opcode1永远为0，不为0时，操作结果不可预知
Rd：目标寄存器的协处理器寄存器，就是说需要读取的那个寄存器
CRn：存放第1个操作数的协处理器寄存器. ，填写读取出来的值存放到哪一个寄存器中
CRm：存放第2个操作数的协处理器寄存器. （用来区分同一个编号的不同物理寄存器，当不需要提供附加信息时，指定为C0），这里不需要提供附加信息时，指定为C0
opcode2：可选的协处理器特定操作码. （用来区分同一个编号的不同物理寄存器，当不需要提供附加信息时，指定为0），这里指定为0

因此我们读取的操作就为：

mrc p15,0,r0,c1,c0,0;       // 读出cp15协处理器的c1到r0中

然后我们使用bic 命令使bit12置0以关闭iCache，bic指令的使用方法就是哪一位置1，哪一位就变成0了，bic命令的具体操作可以参考下面的链接：arm汇编 bic和orr指令

bic r0, r0, #(1<<12)   // bit12 置0  关icache

同理可以使用orr命令使bit12置1以开启iCache

orr r0, r0, #(1<<12)   // bit12 置1  开icache

然后使用mcr指令再把r0中的数据写入到CP15的c1寄存器里面去

mcr p15,0,r0,c1,c0,0;

由于S5PV210启动时，iCache是自动开启的，所以说在这里开启iCache的操作没有多大意义
之前学习的时候总有疑惑，为什么不直接把数据写到CP15的c1里面去呢？后来明白了朱有鹏老师把值读出来，再只改变bit12的值，最后再写到c1里面去的做法是很有道理的，因为我们必须保证在c1中只有bit12改变，而其他位的值不能改变，因此需要采用这种似乎看起来比较麻烦的方法。