目录

1.为什么要使用Cache

2.Memory与Cache如何映射

2.1 地址映射概设

3.小结

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为什么要使用Cache？为什么在多核工程里要谨慎使用DCache？Cache里的数据、指令是如何与Memory映射？

灵魂三连后，软件工程师应该都会有模糊的回答：大概是为了运行更快，减小系统负载。但是再往下深入思考上面问题，我自己发现对于Cache原理的理解比较欠缺，网上资料纷繁复杂。

因此，梳理并总结其原理，为后续系统性能优化打下基础。

1.为什么要使用Cache

大家都知道，当系统负载较大时，首先要检查的就是是否打开ICache，那么从硬件层面Cache在MCU\SOC的哪个位置？

这里首先祭出一张包浆的老图：

Cache位于CPU和主存之间，分为了L1-L3 Cache，每种cache访问速度有区别；

回归到MCU中，以TC37x为例，Cache分为了PCache(指令缓存)和DCache(数据缓存)。那么为什么加了Cache就会提供系统运行速度呢？

以实际生活场景为例：超市里面的东西很丰富，但是所需要的存储空间很大，而我要去超市买想要的东西，还得走路、选商品、搬回来，这中间耗费的时间和劳动力可想而知；但是因为有了冰箱，一切就方便了许多；不过冰箱容量就那么大，所以会把常用的东西一次性从超市搬过来暂存至冰箱里，下一次我再想用这些物品时从冰箱里拿取，是不是就节省了很多时间？

这里，人是CPU，超市就是主存，冰箱里放置的常用物品，咱们就可以理解为那些被经常调用的函数、数据等等，这就是Cache的局部性原理之一----时间局部性。

时间局部性：当前正在提取的数据或指令可能很快就需要，因此将数据或指令存储在缓存中，这样可以避免再次在主存中搜索相同的数据。例如代码循环里的数据等。

Cache局部性原理之二 ，即空间局部性---主要是指存储在最近执行的指令附近的所有指令都有很高的执行机会。同时指的是对存储位置相对较近的数据元素(指令)的使用。

我们常常听到的Cache Hit就是我从冰箱里拿到想要的东西（对应CPU），而Cache Miss就是冰箱里没有目标东西了，得到超市进货了，但是这个进货原则需要协商：这个进货原则就是Cache替换算法。 

好了，关于Cache的基本概念我们以超市、冰箱做类比应该比较容易理解。

不过仔细想想，超市东西这么多，如何保证冰箱里的东西和超市的东西一致呢？这就不得不提分类、编号思想了。

2.Memory与Cache如何映射

以分类编号来思考这个问题，一切迎刃而解。

2.1 地址映射概设

一般来说，主存会以Cache的大小为基本单位划分为多个块，如下图：

Cache内部组成包含Cache控制器和两块SRAM（Tag RAM、DATA RAM）。

其中Data RAM用于存放数据(指令)，其基本单位称为Cache line，例如TC3xx DCache Line大小为256bit(32Bytes)。根据DCache 16KB，可以算出有多少个Cache Line。

那么什么是Tag？这就不得不提到主存地址，一般来讲，主存地址由tag、set/index和offset组成，如下：

其中Set\Index用于定位Cache中的哪一个Cache Line，Offset用于定位Cache Line中的哪一个Bytes，Tag用于标识请求的是主存哪一个数据块，

假设现在Cache Line为256Bits，Cache大小为4KB，Cache Line个数就为4096/32=128，根据上述地址定义，如下图：

这个概念搞清楚了，我们就能理解TC3xx UserMannul提到的DCache、DTag。

紧接着我们来看，memory与Cache的映射方式。

3.小结

限于篇幅，本文到这里结束了，下一篇我们将继续聊Cache映射模式，DCache的数据一致性问题。