嵌入式开发：使能Cached功能，导致数据一致性破坏

工程开发中，为了提高CPU取指令和取数据的效率，往往会使能Cached功能。Cache，是一种缓存机制，它位于CPU和和主内存（Main Memory）之间，为CPU和主内存之间的读/写操作提供一段缓冲区，如下所示：

Cache实质是一块高速RAM区，可以使得指令操作或者数据操作在更少的Cycle内完成。结合工程问题，本文主要讨论以下几点：

1. Cached和No Cached的区别

2. 如何使能Cached

3. Cached使能，导致的工程问题

提示：基于tc3xx讨论

1、Cached和No Cached的区别

在芯片手册中，PFlash（tc397，16MByte）对应了两个Segment：Segment 8和Segment A，两者本质上是一块物理内存，因为访问方式不同，所以，同一块物理内存区被映射到了两个不同的Segment，如下所示：

CPU使用Cached和No Cached地址访问物理内存，示意如下所示：

举例：CPU需要读取Argu参数的值，NoCached方式访问时，使用Segment A对应的地址（eg：0xA00E0000），此方式直接从主内存读取数据；Cached方式访问时，使用Segment 8对应的地址（eg：0x800E0000），此方式访问时，CPU会先去Cached对应的缓存区读取（一块RAM区），如果缓存区内没有，再去主内存去读取。NoCached、Cached方式读取Argu参数，示意如下：

2、Cached使能

Cached功能又细分为PCached和DCached，两者相互独立，可以分别使能。在多核系统中，每个核均可单独使能Cached，Cached的使能一般在启动文件中操作，对于PCached和DCached的使能，每个核均有对应的操作寄存器。

（一）DCON0寄存器使能DCached

默认情况下，DCON0.DCBYP = 1，即：不使能DCached，如下所示：

（二）PCON0寄存器使能PCached

默认情况下，PCON0.PCBYP = 1，即：不使能PCached，如下所示：

3、工程问题：使能Cached，导致数据不一致

Cached使能以后，如果不注意数据一致性保护，就会导致工程Bug。举一个工程问题：软件（Application）更新，复位ECU后，使用$31 01检查软件兼容性，校验不过。

（一）问题分析

Bootloader和Application中均使能了PCached、DCached功能，且软件兼容性参数存放在PFlash中。程序更新后，需要比对软件兼容性，只有参数与新存入PFlash中的参数一致，更新的Application才能生效。

Step1：更新Application前，读取指定地址（0x800E0000）的软件兼容性参数，使用Cached方式读取，如下所示：

DataArr = *((uint32*)0x800E0000);

此时，软件兼容性参数为0x55555555，如下所示：

Step2：更新Application程序，同时更新指定地址（0x800E0000）处的软件兼容性参数为0xAAAAAAAA，如下所示：​

writeProgramFlash(0xAAAAAAAA);

Appliation程序更新，软件兼容性参数地址0xA00E0000（NoCached）和地址0x800E0000（Cached）均更新为指定值0xAAAAAAAA，如下所示：

再次读取指定地址（0x800E0000）的软件兼容性参数，使用Cached方式读取，如下所示：

DataArr = *((uint32*)0x800E0000);

读取软件兼容性参数，依然是0x55555555，并不是更新后的0xAAAAAAAA，这就导致了数据一致性被破坏，即：缓存区与主内存区数据不一致。当更新主内存的数据以后，因为缓存区数据依然存在，而当CPU再次访问时，在缓存区找到了该参数（hit，命中），优先使用了缓存区中的0x55555555，而不是主内存区的0xAAAAAAAA。

（二）解决策略

既然缓存区和主内存数据不一致，解决的根本就是想办法使得两者数据一致，怎么做呢？答：方法有多种，比如：

1. 不使用Cached功能（不推荐），仅NoCached方式访问；

2. 使用Cached访问时，如果数据有更新，先将缓存区数据设置无效，让CPU再次去主内存读取一次数据放到缓存区。

避免数据不一致操作，不同的芯片指令可能有所不同，本文讨论CACHEI.*指令，主要目的是将参数对应的Cache Line数据设置无效，重新从主内存区加载。

Step1:更新Application前，读取指定地址（0x800E0000）的软件兼容性参数，使用Cached方式读取，如下所示：

读取参数为0x55555555。

Step2：更新Application程序，同时更新指定地址（0x800E0000）处的软件兼容性参数为0xAAAAAAAA，如下所示：

writeProgramFlash(0xAAAAAAAA);

Step3：将0x800E0000地址设置无效，重新从主内存区加载对应的参数值到缓存区，具体操作如下：

{
uint8 *localCachedPtr = ((uint8*)0x800E0000);   
Ifx__Cacheawi(localCachedPtr);}

再次读取0x800E0000值，如下所示：

如上，可以看出，读出的数据为预期值，即：缓存区和主内存区值一致。

文章转载自公众号：开心果 Need Car