STM32H7的L1缓存行为

Question

我正在玩STM32H753的L1缓存。

我想做的是故意引起缓存和 RAM 之间的不一致，如下所示：

• 将 SRAM 区域设置为可直写式缓存
• 启用数据缓存
• 向 RAM 中的变量写入内容 -> 数据将同时写入缓存和 RAM
• 禁用缓存而不使其失效
• 向同一个变量写入其他内容 -> 仅 RAM 会被修改，而不是缓存
• 再次启用缓存，不使其失效
• 读取 RAM -> 我希望读取旧值而不是新值，因为此时缓存中应该有一个命中，因为缓存行应该仍然有效并且它应该仍然包含旧值？

这是代码：

volatile uint32_t someDummyVariable ;
int main(void)
{
    MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;
  
    HAL_Init();

    /* Configure the MPU attributes as Write-through for SRAM */
    HAL_MPU_Disable();
    MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x20000000;
    MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_32MB;
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_NOT_BUFFERABLE;    // -> means write through ?
    MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
    MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER0;
    MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL0;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
  
    /* Configure the MPU attributes as WT for the Flash */
    MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x08000000;
    MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_16MB;
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_NOT_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
    MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER1;
    MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL0;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;  
    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);  

    HAL_MPU_Enable(MPU_HARDFAULT_NMI);

    
    SCB_EnableDCache();
    
    // write something in a variable in RAM -> thanks to write-through attribute 
    // it will be copied to real RAM, not only to the cache
    someDummyVariable = 0x12345678;
    
    // disable cache without invalidating it
    SCB->CSSELR = 0U;                       /* select Level 1 data cache */
    __DSB();
    SCB->CCR &= ~(uint32_t)SCB_CCR_DC_Msk;  /* disable D-Cache */
    __DSB();
    __ISB();

    // write something else to RAM -> will NOT be written to cache
    someDummyVariable = 0xAAAAAAAA;
    
    // enable cache again (without invalidating or cleaning it)
    __DSB();
    SCB->CCR |=  (uint32_t)SCB_CCR_DC_Msk;  /* enable D-Cache */
    __DSB();
    __ISB();
    
    // now we should read the old value that is still in the cache
    if ( someDummyVariable != 0x12345678 )
    {
        __NOP();
    }

用Keil 5编译，

-O0

。变量写入是通过

STR

指令完成的（我的意思是：据我所知，没有奇怪的 CPU 优化）。

我检查了 MPU 寄存器值、RAM 变量的地址（确实在 MPU 区域内）。

算法和/或代码有问题吗？

Answer 1

您正在尝试启用/禁用 DTCMRAM 的缓存，该缓存从地址 0x200000000 开始。然而，DTCMRAM 是紧耦合存储器。它直接连接到 Cortex-M7 内核，并且“不”位于缓存后面。 您可以在（参考手册）的图 1.（系统架构）中看到这一点。 因此，缓存操作不会影响该内存。 如果您想进行此测试，则必须使用另一个内存区域，例如 AXI SRAM（从地址 0x24000000 开始）。这可以通过修改链接器脚本（可能还包括启动代码）或使用指针变量直接写入固定内存地址来完成。

请注意，在不禁用高速缓存的情况下造成 RAM 和高速缓存之间不匹配的另一种可能性是使用 DMA 控制器访问与 MCU 相同的内存。 DMA 控制器不使用缓存，因此如果 DMA 控制器写入已在缓存中的内存，您的应用程序将读取旧的缓存版本而不是新写入的数据。你的测试将是这样的：

软件将值写入 AXI SRAM。它现在在缓存中。

• DMA 操作将数据写入同一地址。这不是核心“看到”的。
• 通常在读取数据之前您必须执行缓存无效操作。对于您的测试，您不会这样做。
• 现在从 AXI SRAM 读取变量。如果启用缓存，您可能会获得旧值（由软件写入的值，而不是 DMA 写入的值）。