ARMV8 datasheet学习笔记4:AArch64系统级体系结构之存储模型

1.前言

关于存储系统体系架构,可以概述如下:

存储系统体系结构的形式

VMSA

存储属性

 ARMV8 datasheet学习笔记4:AArch64系统级体系结构之存储模型

2. 存储系统体系结构

2.1.    地址空间

指令地址空间溢出

指令地址计算((address_of_current_instruction) + (size_of_executed_instruction))超过0xFFFF FFFF FFFF FFFF,PC变成不可知

2.2    Cache支持

  • Caches的一般行为

(1)Cache中已解锁的项不会一直驻留在cache;

(2)Cache中锁定的项会保证会一直在cache中;

(3)任何时候具有cacheable属性的内存在当前异常级别或更高异常级别都可以分配到cache;

(4)不具有cacheable属性的内存不会分配到cache;

(5)一个cache项的释放会写回内存;

  • Cache identification

Cache维护指令

(1)       影响整个cache,如IC IALLU;

(2)       对某个地址的操作,如IC IVAU;

(3)       对set/way的操作,如DC ISW

Cache identification registers

(1)       Cache type寄存器(CTR_EL0)

定义了最小的指令cache line长度;

定义了最小的数据cache line长度;

L1 Cache索引和tag策略

(2)       single cache level ID寄存器(CLIDR_EL1)

实现了哪几级cache;

待续

(3)       single cache size selection寄存器

待续

(4)       cache size identification寄存器

是否支持写透、回写、读分配和写分配;

映射方式、sets/ways等

  • Cacheablity,cache分配,cache瞬态

Cacheablity

cacheablity只适用于normal memory,内存位置可定义为内部cache(如各PE内部的L1)或外部cache(各PE共享的L2);所有的device memory都作为non-cacheablity;

cacheablity属性包含non-cacheablity;写透;写回。

Cache allocate hints

待续

Cache transient hints

待续

  • Enable/disable内存的caching访问
  • Reset的cache行为

(1)reset到自定义状态的所有cache可能是未知的;

(2)cacheablity控制域强制所有内存作为non-cacheablity

(3)在cache被使能前,cache初始化时必须被invalidate

(4)如(2)所述,reset所有的内存都被作为non-cacheablity,如果仍然允许cahce hit,则需:(1)提供确保cache正确初始化的机制;(2)清楚记录cache初始化;

(5)ARM建议任何时候需要无效cache时都要基于ARMV8 cache维护指令???

  • Non-cacheable访问和指令cache
  • 关于ARMV8的cache维护

术语

Level:cache的级别;

Set:由多个连续的cache line组成一个组(set);

Way: 每个set中冲突的备选表项的数目;

(1)Clean:为确保更新到cache中的内容flush到内存;

(2)Invalidate:确保内存中的修改,能够重新加载到cache;

(3)Clean and invalidate:clean指令后跟一个invalidate指令,针对的是同一访问地址;

(1)PoU(Point of Unification):对所有的PE可以观察到一致拷贝的点;

(2)PoC(Point of Coherence):对系统中所有的agent可以观察到一致拷贝的点;

(1)LoC(Level of Coherence):定义了 整个系统  clean或invalidate PoC时所要clean或invalidate的最后一级cache级别号,如:PoU为Level4,则LoC为3,执行clean和invalidate后会清空L1,L2, L3;

(2)LoUU(Level of Unification, uniprocessor):定义了  PE   clean或invalidate PoU时所要clean或invalidate的最后一级cache级别号;

(3)LoUIS(Level of Unification, Inner Shareable):定义了  内部共享域   clean或invalidate PoU时所要clean或invalidate的最后一级cache级别号;

ARMV8 cache层级抽象

操作VA的cache维护指令

操作set/way的cache维护指令

  • Cache维护指令

指令cache维护指令

数据cache维护指令

EL0 cache维护指令的使能配置

Cache维护指令的行为

没有限制cache维护指令的行为,每个cache位置都可能被清空或无效

操作VA到PoU的影响

会影响共享域内的其它PE

所有set/way维护指令的影响

只影响到运行指令的PE

虚拟化和安全性维护指令的影响

每个安全状态有自己的物理地址空间,cache与物理地址关联

边界条件

维护指令会强制所有的内存访问为non-cache???

数据和指令cache维护指令的执行顺序和完成

运行cache维护指令

  • Data cache zero指令
  • cache lockdown

一个cache lock 可保证cache 中的内容一直被保留

  • System level caches

不是体系结构定义的cache,不受体系结构定义的维护指令管理,主要包括三类:

  1. 位于PoC之前的系统级caches,不受cache维护指令管理;
  2. 位于PoC之前的系统级caches,受按地址操作的cache维护指令管理, 不受按set/way操作的cache指令管理;
  3. 位于PoC之前的系统级caches,软件不可见???这部分不受体系结构的管理
  • 分支预测

ARMV8没有定义任何分之预测指令,如果体系结构中分支预测指令对所有agent是可见的,则cache维护指令也要与之适配

2.3   External abort

External abort

存储系统中MMU和debug逻辑检测到的错误除外的其它错误,主要位于SOC外部

取指abort

Data read/write abort

External abort分类

奇偶校验错误/ECC错误报告

3. 参考文档

[1] DDI0487A_k_armv8_arm_iss10775.pdf

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