系统引导时为什么要关闭Caches？

最新推荐文章于 2023-08-08 11:04:57 发布

iteye_5282

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文章标签：操作系统嵌入式 c/c++

本文探讨了在U-Boot及Linux系统引导过程中关闭Caches的重要性和必要性，解释了这一操作如何避免数据预取异常，并介绍了Volatile关键字的作用。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

系统引导时为什么要关闭Catchs？

一、引言

U-Boot 1.1.6中有如下代码：

/*
 *************************************************************************
 *
 * CPU_init_critical registers
 *
 * setup important registers
 * setup memory timing
 *
 *************************************************************************
 */


#ifndef CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT
cpu_init_crit:
	/*
	 * flush v4 I/D caches   关闭数据和指令缓存
	 */
	mov	r0, #0
	mcr	p15, 0, r0, c7, c7, 0	/* flush v3/v4 cache */
	mcr	p15, 0, r0, c8, c7, 0	/* flush v4 TLB */

	/*
	 * disable MMU stuff and caches 关闭MMU
	 */
	mrc	p15, 0, r0, c1, c0, 0
	bic	r0, r0, #0x00002300	@ clear bits 13, 9:8 (--V- --RS)
	bic	r0, r0, #0x00000087	@ clear bits 7, 2:0 (B--- -CAM)
	orr	r0, r0, #0x00000002	@ set bit 2 (A) Align
	orr	r0, r0, #0x00001000	@ set bit 12 (I) I-Cache
	mcr	p15, 0, r0, c1, c0, 0


	/*
	 * before relocating, we have to setup RAM timing
	 * because memory timing is board-dependend, you will
	 * find a lowlevel_init.S in your board directory.
	 */
	mov	ip, lr //保存返回地址

在Linux 2.6.30.4中也有类似的代码

__arm920_setup:
	mov	r0, #0
	mcr	p15, 0, r0, c7, c7		@ invalidate I,D caches on v4
	mcr	p15, 0, r0, c7, c10, 4		@ drain write buffer on v4
#ifdef CONFIG_MMU
	mcr	p15, 0, r0, c8, c7		@ invalidate I,D TLBs on v4
#endif
	adr	r5, arm920_crval
	ldmia	r5, {r5, r6}
	mrc	p15, 0, r0, c1, c0		@ get control register v4
	bic	r0, r0, r5
	orr	r0, r0, r6
	mov	pc, lr

二、系统引导时为什么要关闭Caches

从引言中我们可以看出，在U-Boot和Linux的引导阶段都关闭了Caches，这是为什么呢？

Caches是CPU内部的一个2级缓存，它的作用是将常用的数据和指令放在CPU内部。Caches是通过CP15管理的，刚上电的时候，CPU还不能管理Caches。上电的时候指令Cache可关闭，也可不关闭，但数据Cache一定要关闭，否则可能导致刚开始的代码里面，去取数据的时候，从Cache里面取，而这时候RAM中数据还没有Cache过来，导致数据预取异常。

三、关键字Volatile

说到Caches就必须提到一个关键字Volatile，以后在设置寄存器时会经常遇到。它的本质：是告诉编译器不要对我的代码进行优化，作用是让编写者感觉变量的变化情况。
优化的过程：是将常用的代码取出来放到Caches中，它没有从实际的物理地址去取，它直接从CPU的缓存中去取，但常用的代码就是为了感觉一些常用变量的变化
优化原因：如果正在取数据的时候发生跳变，那么就感觉不到变量的变化了，所以在这种情况下要用Volatile关键字告诉编译器不要做优化，每次从实际的物理地址中去取指令，这就是为什么关闭Caches的原因。
但在C语言中是不会关闭Caches，会打开，如果编写者要感觉外界变化，或变化太快，从Caches中取数据会有误差，就加一个关键字Volatile。