前言

前段時(shí)間某客戶反饋，在使用STM32H7的FMC時(shí)，如果使能了D-CACHE就運(yùn)行不正常。數(shù)據(jù)沒有寫到FMC外部的存儲(chǔ)器里，F(xiàn)MC接口也沒有波形。而不使能D-CACHE是工作則是正常的。

其實(shí)對(duì)于這個(gè)問題，如果了解STM32H7的架構(gòu)的話，就很容易理解了。下面我們就來看一看到底是什么原因讓客戶覺得使能DCACHE后FMC就工作不正常了。

STM32H7的架構(gòu)

下面是STM32H7架構(gòu)圖中和FMC相關(guān)的部分。從圖中可以看到，STM32H7是基于Cortex-M7內(nèi)核，在內(nèi)部的Cortex-M7內(nèi)核里帶有一個(gè)16KB的D-CACHE和一個(gè)16KB的I-CACHE。內(nèi)核通過AXIM總線連接到64位的AXI總線矩陣，再經(jīng)過這個(gè)總線矩陣連接到FMC接口實(shí)現(xiàn)對(duì)外部存儲(chǔ)器的訪問。這里，當(dāng)D-CACHE使能的時(shí)候，對(duì)FMC接口上的存儲(chǔ)器的操作會(huì)用到內(nèi)核的緩存(CACHE)的。

使能了CACHE的好處就是可以提高內(nèi)核訪問存儲(chǔ)器的速度。為什么使用緩存能提高速度呢？是因?yàn)樵诓僮骺梢员痪彺娴拇鎯?chǔ)器的時(shí)候，內(nèi)核不是每次都去直接操作這些存儲(chǔ)器，而是從緩存里讀取數(shù)據(jù)，或者將數(shù)據(jù)先寫到緩存里?？吹竭@里，是不是覺得和前面客戶說的現(xiàn)象有點(diǎn)聯(lián)系了。

Cache的操作

簡單的說緩存工作時(shí)有兩種方式：回寫和透寫。

回寫【write back】就是數(shù)據(jù)平時(shí)只寫到緩存【cache】，必要時(shí)才同步到下一級(jí)存儲(chǔ)器中。

透寫【write through】就是數(shù)據(jù)每次都同時(shí)寫到緩存和下一級(jí)存儲(chǔ)器中。這種方式可以解決數(shù)據(jù)不一致的問題，但同時(shí)也會(huì)消耗更多的總線訪問時(shí)間。

緩存的操作方式，在啟用緩存后有一個(gè)默認(rèn)的設(shè)置 。也就是下面這張表：

請(qǐng)參考AN4839了解更多的關(guān)于Cache的使用說明。

問題分析及解決

客戶是通過FMC的NOR存儲(chǔ)控制器外接一個(gè)FPGA。映射的地址范圍是0x60000000~0x7FFFFFFF。從上圖可以看到，它默認(rèn)的緩存操作方式是WBWA（回寫寫分配）。也就是說，當(dāng)打開DCACHE后，所有對(duì)該地址范圍的操作都會(huì)先到緩存。這也解釋了為什么客戶發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)沒有真正寫到外部存儲(chǔ)器中?？蛻舻臄?shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)寫到FPGA中進(jìn)行計(jì)算。所以對(duì)這個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，回寫的設(shè)置就不合適了。

對(duì)于客戶的這個(gè)應(yīng)用，可以通過MPU來進(jìn)行配置，將0x60000000~0x7FFFFFFF范圍地址的CACHE設(shè)置為透寫的方式，這樣數(shù)據(jù)就會(huì)實(shí)時(shí)的寫到FPGA中去了。所以，針對(duì)這種情況，我們可以通過MPU合理配置來解決。

通過MPU，可以配置不同存儲(chǔ)器空間的訪問權(quán)限和Cache策略。HAL庫里面提供了對(duì)應(yīng)的函數(shù)和例程，參照例程用下面這段代碼就可以解決客戶的問題了。數(shù)據(jù)每次都是直接寫到FPGA中，而不是緩存到內(nèi)核的DCACHE中。

總結(jié)

D-CACHE的使用可以幫我們提高程序運(yùn)行的性能，但也會(huì)帶來緩存和二級(jí)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)不一致和緩沖不擊中帶來的程序執(zhí)行的時(shí)間不確定的情況，需要客戶根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用來進(jìn)行選擇。對(duì)于實(shí)時(shí)性要求高的數(shù)據(jù)，可以像前面一樣使用MPU配置成透寫的方式，或者將數(shù)據(jù)放到DTCM RAM中。另外，在本文中只用MPU配置了FMC映射的部分存儲(chǔ)區(qū)域。在實(shí)際使用中，應(yīng)該對(duì)所有用到的存儲(chǔ)空間（比如Flash， SRAM區(qū)）的屬性根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理配置，以免引起其它的問題。詳情請(qǐng)參考AN4838.