[rt-smart] 对于armv7a 在mmu映射改变后的操作讨论

发布于 2021-07-02 17:24:24 浏览：1591 订阅该版

之前一直拿a核跑的rtthread，对mmu，tlb，cache没有太多深究。
这礼拜又仔细看了下相关文档，cortex-a PG,armv7架构手册这些，看到rt-smart源码这部分代码有些困惑

```asm
switch_mmu:
    orr r0, #0x18
    mcr p15, 0, r0, c2, c0, 0    /* ttbr0 */

/* invalid tlb */
    mov r0, #0
    mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0
    mcr p15, 0, r0, c7, c5, 0    /* iciallu */
    mcr p15, 0, r0, c7, c5, 6    /* bpiall */

dsb
    isb
    mov pc, lr
```

似乎进程切换会调用switch_mmu，而这里会清除整个icache。我在我的平台测试过，L1 hit时一条简单指令执行可能需要十个cycle，而如果L1 L2 全部miss可能就需要上百个cycle，在实际项目中就可能导致中断执行时间的不确定，控制的电机抖动等后果

而我从arm的手册看到 icache cortex a8 a9 a7 已经采用vipt ，a15已经是pipt，似乎不需要软件进行维护，

PG上的原话是

> Early ARM processors such as the ARM720T or
> ARM926EJ-S processors used virtual addresses to provide both the index and tag values. This
> has the advantage that the core can do a cache look-up without the need for a virtual to physical
> address translation. The drawback is that changing the virtual to physical mappings in the
> system means that the cache must first be cleaned and invalidated, and this can have a significant
> performance impact. Invalidating and cleaning cache memory on page 8-17 goes into more
> detail about these terms
> ARM11 family processors use a different cache tag scheme. Here, the cache index is still
> derived from a virtual address, but the tag is taken from the physical address. The advantage of
> a physical tagging scheme is that changes in virtual to physical mappings do not now require
> the cache to be invalidated. This can have significant benefits for complex multi-tasking
> operating systems that can frequently modify translation table mappings. Using a virtual index
> has some hardware advantages. It means that the cache hardware can read the tag value from
> the appropriate line in each way in parallel without actually performing the virtual to physical
> address translation, giving a fast cache response. Such a cache is often described as Virtually
> Indexed, Physically Tagged (VIPT). Cache properties of Cortex-A series processors, including
> the use of these tagged caches are given in Table 8-1. Other properties of the Cortex-A series
> processors are listed in Table 2-3 on page 2-9.

早期的 ARM 处理器（例如 ARM720T 或 ARM926EJ-S 处理器）使用虚拟地址来提供索引和标记值。 这样做的优点是内核可以进行高速缓存查找，而无需进行虚拟到物理地址的转换。 缺点是更改系统中的虚拟到物理映射意味着必须首先清除缓存并使缓存失效，这会对性能产生重大影响。
ARM11 系列处理器使用不同的缓存标记方案。 在这里，缓存索引仍然来自虚拟地址，但标签来自物理地址。 物理标记方案的优点是虚拟到物理映射的更改现在不需要缓存失效。 这对于可以频繁修改转换表映射的复杂多任务操作系统具有显着优势。 使用虚拟索引有一些硬件优势。 这意味着缓存硬件可以并行地从每条路径中读取标签值，而无需实际执行虚拟到物理地址的转换，从而提供快速的缓存响应。 这种缓存通常被描述为虚拟索引、物理标记 (VIPT)。

我的理解是软件只需要解决vipt不同虚拟地址映射同一物理地址时数据不统一的问题（简单处理的话共享内存mmu不设置cache属性）
同样的，对于是否要清除tlb似乎也可以优化，通过nG，asid的合理设置。实际工程要用到的进程也不需要太多
不知道我的理解是不是有问题，如果我对的话rt-smart是否有后续的优化计划？