SylixOS在ZYNQ7000上划分CACHE

本文介绍在Xilinx Zynq-7000开发板上如何进行L2Cache划分,特别是在AMP模式下解决Core0与Core1之间的Cache竞争问题。通过配置寄存器实现L2Cache的分配,例如共享、4-0-4及2-4-2方式。
  1. 范围
    本文档介绍了SylixOS在Xilinx Zynq-7000开发板上如何进行L2 Cache划分。
    在AMP模式中,core 0与core 1共用512K L2 Cache,这势必会引起两个核的Cache竞争问题。
  2. 用处
     通常情况下,L2 Cache被core 0,core 1共享。
    core 0的内存访问操作可能会清除core 1所使用的L2缓存内容,从而使core 1的软件性能有不确定性。
     有时,我们需要为core 0 或core 1提供更多的确定性行为。
    尤其是架构为AMP时。
     L2 Cache划分可以满足这种需求。
    如图 2.1、图 2.2为SMP与AMP架构图。
    SylixOS在ZYNQ7000上划分CACHE
    图 2.1 SMP架构图
    SylixOS在ZYNQ7000上划分CACHE
    图 2.2 AMP架构图
  3. 原理
     通过寄存器的控制可以将L2 Cache锁定在不同core上。
    这让用户可以将L2 Cache的功能保留在特定的core上。
    Cache way是分区的宽度,Zynq的L2 Cache有8 Cache ways。
     L2 Cache控制器只能被锁定8个不同的方式。
    如图 3.1所示,在Zynq 7000中,Cortex-A9 MP核的64个AXI被分为8个可以锁定的组。
    SylixOS在ZYNQ7000上划分CACHE
    图 3.1分组
  4. 配置
    具体寄存器说明参照Xilinx 官方数据手册UG585。
    配置1:通常情况(L2 Cache 被core 0和core 1共享)。
    Reg9_d_lockdown0 = 0x0;
    Reg9_1_lockdown0 = 0x0;
    Reg9_d_lockdown1 = 0x0;
    Reg9_1_lockdown1 = 0x0;
     配置2:4-0-4方式,每个核用一半(core 0使用Cache way【0..3】;core 1使用Cache way【4..7】)。
    reg9_d_lockdown0 = 0xFFF0;
    reg9_1_lockdown0 = 0xFFF0;
    reg9_d_lockdown1 = 0xFF0F;
    reg9_1_lockdown1 = 0xFF0F;
     配置3:2-4-2方式(core 0使用Cache way【0..1】;core 1使用Cache way【6..7】;两个核共享Cache way【2..5】)。
    reg9_d_lockdown0 = 0xFFC0;
    reg9_1_lockdown0 = 0xFFC0;
    reg9_d_lockdown1 = 0xFF03;
    reg9_1_lockdown1 = 0xFF03;
### Zynq 缓存机制及配置 #### 1. ARM Cortex-A9 处理器子系统的缓存架构 Zynq-7000 器件中的双核ARM Cortex-A9 MPCore处理系统(PS)具有多级缓存结构。L1指令和数据缓存每核心各具32KB大小,而共享的L2统一缓存则有512KB容量[^1]。 对于L1缓存而言,这些紧耦合内存(TCMs)能够提供极低延迟访问特性,适用于实时应用场合下的快速响应需求。TCMs分为ITCM (Instruction Tightly Coupled Memory) 和DTCM (Data Tightly Coupled Memory),分别对应于指令与数据操作。它们同样具备可编程映射功能,在某些特定应用场景下可以灵活调整其用途以优化性能表现。 #### 2. L2 Cache Controller 配置选项 L2 cache controller 支持多种工作模式的选择,包括直写(write-through)、回写(write-back)以及非缓存(non-cacheable)等不同策略来适应多样化的软件运行环境要求。此外还提供了调试接口以便开发者监控并分析实际使用过程当中的命中率统计信息和其他重要参数指标变化情况。 为了确保最佳效能发挥,建议依据具体项目特点合理设定各项参数值: - **Cache Size**: 可通过修改硬件设计文件(XSA)内的相应属性字段完成定制化定义; - **Associativity Level**: 默认情况下采用八路组相联方式组织内部条目分布格局,亦可根据需要更改为其他形式如全相连或者直接映射型态; - **Line Length/Block Size**: 单位行长度一般固定为64字节,除非特殊情形才考虑变更此默认规格。 #### 3. PL端加速模块间的缓存一致性维护措施 除了上述提到的CPU侧资源管理之外,针对PL(Programmable Logic)区域所构建的各种专用计算单元之间的同步协调也至关重要。特别是在涉及DMA控制器或外部存储设备交互过程中容易引发潜在竞争条件问题时更是如此。为此,Xilinx公司特别引入了ACP(AXI Coherency Port)组件作为桥梁连接起两者间的信息交换通道,并借助MESI协议实现跨域事务处理的一致性保障目标[^4]。 ```python # Python伪代码展示如何查询当前使用的cache policy def get_cache_policy(): """ 获取当前L2缓存的工作模式 Returns: str: 返回描述性的字符串表示当前policy """ policies = { 0b00 : 'Non-Cacheable', 0b01 : 'Write Through', 0b10 : 'Write Back' } # 这里假设有一个函数可以从寄存器读取状态 current_setting = read_from_register('CACHE_POLICY_REG') return policies.get(current_setting, "Unknown Policy") print(get_cache_policy()) ```
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