缓存 (Cache)

IC: RTL8721Dx RTL8720E RTL8726E RTL8730E

概述

各个 CPU 的缓存行长度如下：

RTL8721DxRTL8720ERTL8726ERTL8730E

CPU	Type	Size (B)	Way	Cache line length (B)
KM4	I-Cache	16K	4	32
	D-Cache	16K	4	32
KM0	I-Cache	16K	4	32
	D-Cache	16K	4	32

片内缓存支持 Enable/Disable、Flush 和 Clean 操作。在 main() 函数之前，各个 CPU 均已调用 Cache_Enable() 启用了 Cache。

操作	描述	I-Cache	D-Cache
Enable/Disable	启用或禁用缓存功能	√	√
Flush (Invalidate)	清空缓存 D-Cache 可通过地址清空 可用于 DMA 接收后，清空 D-Cache 后，CPU 从 DMA 缓冲区读取数据	√	√
Clean	清理 D-Cache 将 D-Cache 内容回写到内存 D-Cache 可通过地址清理 可用于 DMA 发送前，清理 D-Cache 保证 CPU 将数据写入 DMA 缓冲区	x	√

备注

• CA32 invalidate 某个地址时，只有处于 clean 状态的缓存行才会执行清空操作，处于 dirty 状态缓存行会执行 clean & invalidate 操作。

• CA32 和 DSP 具有自动数据预取功能，当 CPU 预测未来将需要访问的数据时，CPU 会在后台执行行填充操作，自动将数据加载到 Cache 中。

• 对于 CA32 和 DSP， DCache_Clean() / DCache_CleanInvalidate() 操作会将整个缓存行写入内存。当两个 CPU（具有不同的缓存行大小）使用共享内存通信时，共享内存必须与较大的缓存行对齐，以避免数据覆盖问题。例如：如果共享内存只有 32 字节，缓存行大小为 32 字节的 CPU0 每次清理时只会写入 32 字节，而缓存行大小为 64 字节的 CPU1 每次清理时会写入 64 字节，可能会覆盖 CPU0 的其他数据。

API 参考

ICache_Enable

void ICache_Enable(void)

启用 I-Cache

ICache_Disable

void ICache_Disable(void)

禁用 I-Cache

ICache_Invalidate

void ICache_Invalidate(void)

清空 I-Cache

DCache_IsEnabled

u32 DCache_IsEnabled(void)

确认 D-Cache 是否启用，返回值：

• 1：启用

• 0：禁用

DCache_Enable

void DCache_Enable(void)

启用 D-Cache

DCache_Disable

void DCache_Disable(void)

禁用 D-Cache

DCache_Invalidate

void DCache_Invalidate(u32 Address, u32 Bytes)

通过地址清空 D-Cache，参数说明：

• Address：失效地址（按缓存行长度对齐）

• Bytes：内存块大小（单位：字节）

DCache_Clean

void DCache_Clean(u32 Address, u32 Bytes)

通过地址清理 D-Cache，参数说明：

• Address：清理地址（按缓存行长度对齐）

• Bytes：内存块大小（单位：字节）

DCache_CleanInvalidate

void DCache_CleanInvalidate(u32 Address, u32 Bytes)

通过地址清理和清空 D-Cache，参数说明：

• Address：需清理并失效的地址（按缓存行长度对齐）

• Bytes：内存块大小（单位：字节）

备注

• Address 和 Bytes 同时为 0xFFFFFFFF，表示清理或者清空全部 D-Cache。

• Address 和 Bytes 必须按缓存行长度对齐，如果不对齐，例如缓存行长度为 32 字节，Address 为 0x20000003C，Bytes 为 0x00000008时，那么操作的地址范围跨越了 2 个缓存行，实际操作的地址范围为 0x200000020 ~ 0x20000003F 和 0x200000040 ~ 0x20000005F，此时会导致预期外的问题。

如何定义非缓存数据缓冲区

RTL8721DxRTL8720ERTL8726ERTL8730E

在缓冲区定义前添加宏 SRAM_NOCACHE_DATA_SECTION，可定义具有非缓存属性 (Non-Cacheable) 的数据缓冲区。

SRAM_NOCACHE_DATA_SECTION u8 noncache_buffer[DATA_BUFFER_SIZE];

使用DMA时的缓存一致性

当使用 DMA 在内存缓冲区之间迁移数据时，缓冲区的起始地址和结束地址必须与缓存行对齐，以避免缓存数据与内存数据不一致。

例如：若某缓冲区的起始地址位于缓存行的中间位置，且前半部分已被其他程序占用，当其他程序对缓存行执行 Invalidate 或 Clean 操作时，该操作将影响整个缓存行，导致当前缓冲区的缓存数据与内存数据不一致。

备注

DMA 操作地址需独占一个完整的缓存行。可通过以下方式之一定义缓冲区：

• malloc()；该函数会返回一个起始地址为缓存行对齐，并且buffer长度也是缓存行对齐的地址。

• ALIGNMTO(CACHE_LINE_SIZE) u8 op_buffer[CACHE_LINE_ALIGMENT(op_buffer_size)]；ALIGNMTO(CACHE_LINE_SIZE) 保证起始地址为缓存行对齐，CACHE_LINE_ALIGMENT(op_buffer_size) 保证长度也是缓存行对齐。

DMA Tx 流程

1. CPU 分配 Tx 缓冲区

2. CPU 写入 Tx 缓冲区

3. 建议操作：调用 DCache_Clean() 清理数据缓存

4. 配置 DMA Tx 参数

5. DMA 发送中断处理

DMA Rx 流程

1. CPU 分配 Rx buffer

2. 执行 DCache_Clean() 确保 Rx buffer 处于 clean 状态；（如果 Rx buffer 处于 clean 状态，可跳过此步骤）

   小心

   此步骤执行的原因是：

   • 对于 Cortex-A32，如果 Cache 中的 Rx buffer 处于 dirty 状态，执行第 5 步 DCache_Invalidate() 将同时执行 clean 和 invalidate 操作，可能会导致意外写入行为。

   • 如果 Cache 中的 Rx buffer 处于 dirty 状态，当 CPU 的 D-Cache 满了，CPU 可能会将 Rx buffer 中的脏数据写回内存，覆盖 DMA 已经写入的内容。

1. 配置 DMA Rx 参数

2. DMA Rx 中断处理

3. 执行 DCache_Invalidate() 确保 Cache 没有残留 旧的 Rx buffer 数据。

小心

此步骤必须执行，原因如下：

• 对于具有自动数据预取功能的 CPU（如 Cortex-A32 和 DSP），当 CPU 读取 Rx buffer 相邻地址的内容时，CPU 会在后台执行行填充操作，自动将 Rx buffer 的旧值重新加载到 Cache 中。

• 防止 CPU 在 DMA 处理期间将旧值读入 Cache。

6. CPU 读取 Rx buffer （DMA Rx 返回的值）