37、内存缓存优化:组织、对齐与预取策略

内存缓存优化:组织、对齐与预取策略

1. 缓存组织

1.1 直接映射缓存

直接映射缓存的组织方式有助于快速访问数据。它包含 $2^m$ 个块,每个块容纳 $2^l$ 个 $2^w$ 字节的字,因此缓存总共可容纳 $2^{w + l + m}$ 字节的数据,这些数据以 Data[block][word][byte] 数组的形式排列。每个块是主存数据的副本,同时有一个标签数组用于指示当前内容来自主存的位置。

典型情况下,字大小 $2^w$ 可能为 4 字节,块大小 $2^{w + l}$ 可能为 32 字节,缓存大小 $2^{w + l + m}$ 可能小至 8 千字节,大至 2 兆字节。

给定地址 $x$,由 $n$ 位组成($x_{n - 1}x_{n - 2} \cdots x_2x_1x_0$),在直接映射缓存中,取中间位作为键($key = x_{w + l + m - 1}x_{w + l + m - 2} \cdots x_{w + l}$),并将 $x$ 的数据存储在 Data[key] 中。高位 $x_{n - 1}x_{n - 2} \cdots x_{w + l + m}$ 构成标签,如果 Tags[key] 与地址的标签字段不匹配,则发生缓存未命中,所需的字不在缓存中。此时, data[key] 的内容会被送回主存,地址 $x_{n - 1} \cdots x_{w + l}$ 处的主存内容会被提取到第 $k$ 个缓存块中,并发送给 CPU。由于主存访问时间远长于缓存访问时间,频繁的未命中是不可取的。

内容概要:本文详细介绍了如何使用STM32微控制器精确控制步进电机,涵盖了从原理到代码实现的全过程。首先,解释了步进电机的工作原理,包括定子、转子的构造及其通过脉冲信号控制转动的方式。接着,介绍了STM32的基本原理及其通过GPIO端口输出控制信号,配合驱动器芯片放大信号以驱动电机运转的方法。文中还详细描述了硬件搭建步骤,包括所需硬件的选择连接方法。随后提供了基础控制代码示例,演示了如何通过定义控制引脚、编写延时函数和控制电机转动函数来实现步进电机的基本控制。最后,探讨了进阶优化技术,如定时器中断控制、S形或梯形加减速曲线、微步控制及DMA传输等,以提升电机运行的平稳性和精度。 适合人群:具有嵌入式系统基础知识,特别是对STM32和步进电机有一定了解的研发人员和技术爱好者。 使用场景及目标:①学习步进电机STM32的工作原理及二者结合的具体实现方法;②掌握硬件连接技巧,确保各组件间正确通信;③理解并实践基础控制代码,实现步进电机的基本控制;④通过进阶优化技术的应用,提高电机控制性能,实现更精细和平稳的运动控制。 阅读建议:本文不仅提供了详细的理论讲解,还附带了完整的代码示例,建议读者在学习过程中动手实践,结合实际硬件进行调试,以便更好地理解和掌握步进电机的控制原理和技术细节。同时,对于进阶优化部分,可根据自身需求选择性学习,逐步提升对复杂控制系统的理解。
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