MIPS32 cache初始化

发布时间:2024年01月23日

3 Cache 的初始化

在 MIPS32 架构中,Cache 的初始化需要进行以下几个步骤:

禁用 Cache:在初始化 Cache 之前,需要先将 Cache 禁用。可以通过向 Cache 控制寄存器(Cache Control Register)写入特定值来实现禁用 Cache。具体来说,可以将控制寄存器的 Bit 30(DC)和 Bit 22(IC)分别设置为 0,以禁用数据缓存和指令缓存。

li $t0, 0x18040000  # 将控制寄存器的 Bit 30 和 Bit 22 设置为 0
mtc0 $t0, $16       # 向 Cache 控制寄存器写入控制值
nop                 # 等待操作完成

设置 Cache 大小和行大小:在禁用 Cache 后,需要设置 Cache 的大小和行大小。可以通过向 Cache 控制寄存器(Cache Control Register)写入特定值来实现设置。具体来说,可以将控制寄存器的 Bit 16(K0)和 Bit 12(L)分别设置为对应的值,以设置 Cache 的大小和行大小。

li $t0, 0x00041000  # 将控制寄存器的 Bit 16 和 Bit 12 设置为对应的值
mtc0 $t0, $16       # 向 Cache 控制寄存器写入控制值
nop                 # 等待操作完成

使能 Cache:在设置完 Cache 大小和行大小后,需要使能 Cache。可以通过向 Cache 控制寄存器(Cache Control Register)写入特定值来实现使能 Cache。具体来说,可以将控制寄存器的 Bit 30(DC)和 Bit 22(IC)分别设置为 1,以使能数据缓存和指令缓存。

li $t0, 0x98040000  # 将控制寄存器的 Bit 30 和 Bit 22 设置为 1
mtc0 $t0, $16       # 向 Cache 控制寄存器写入控制值
nop                 # 等待操作完成

清除 Cache:在使能 Cache 后,需要清除 Cache 中的数据,以保证 Cache 中的数据和主存中的数据一致。可以使用 cache 0x1f 指令清除 Cache 中的所有行。

li $t0, 0x80000000  # 将 $t0 设置为缓存基地址
li $t1, 0x00000000  # 将 $t1 设置为缓存控制值(清除所有行)
cache 0x1f, 0($t0)  # 清除缓存

以上是 Cache 初始化的基本流程和代码示例,需要根据实际情况进行调整和优化。

3.1 C语言初始化代码

#define CACHE_SIZE 8192
#define CACHE_LINE_SIZE 32

// 定义 Cache 行的数据结构
typedef struct cache_line {
    uint32_t tag;
    uint8_t data[CACHE_LINE_SIZE];
} cache_line_t;

// 定义 Cache 的数据结构
typedef struct cache {
    cache_line_t lines[CACHE_SIZE / CACHE_LINE_SIZE];
} cache_t;

int main() {
    cache_t *cache = malloc(sizeof(cache_t));
    if (cache == NULL) {
        printf("Failed to allocate memory for cache\n");
        return 1;
    }
    
    // 初始化 Cache
    for (int i = 0; i < CACHE_SIZE / CACHE_LINE_SIZE; i++) {
        cache_line_t *line = &(cache->lines[i]);
        line->tag = 0;
        for (int j = 0; j < CACHE_LINE_SIZE; j++) {
            line->data[j] = 0;
        }
    }
    
    printf("Cache initialization completed\n");
    return 0;
}

在上面的代码中,我们首先定义了一个 Cache 行的数据结构 cache_line,它包括一个 tag 和一个大小为 CACHE_LINE_SIZE 的数据数组。然后定义了 Cache 的数据结构 cache,它包括 CACHE_SIZE / CACHE_LINE_SIZE 个 Cache 行。

接着在 main() 函数中,我们首先使用 malloc() 分配了一个 Cache 的内存空间。然后使用循环遍历了每个 Cache 行,并将它们的 tag 和数据数组初始化为 0。

4 di指令使用

在 MIPS32 汇编中,di 指令用于禁用中断,其汇编语法为:

di

该指令会将当前的中断屏蔽状态设置为全禁止,即使中断请求到达,CPU 也不会响应。一般情况下,di 指令会与 ei 指令结合使用,形成临界区,确保在临界区内的指令不会被中断打断。

例如,下面的代码片段展示了 di 和 ei 指令的使用,以确保对共享变量的操作是原子的:

  # 进入临界区
  di           # 禁用中断
  lw $t0, var  # 读取共享变量到寄存器 $t0
  addi $t0, $t0, 1  # 对共享变量加 1
  sw $t0, var  # 将寄存器 $t0 写回共享变量
  ei           # 启用中断
  # 离开临界区

在上面的例子中,禁用中断可以保证对共享变量的操作是原子的,从而避免竞态条件的发生。当临界区内的代码执行完毕后,启用中断,以便 CPU 可以响应中断请求。

文章来源:https://blog.csdn.net/sxlworld/article/details/129166905
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