ARMV8 datasheet学习笔记4：AArch64系统级体系结构之存储模型

1.前言

关于存储系统体系架构,可以概述如下：

存储系统体系结构的形式	VMSA
存储属性

2. 存储系统体系结构

2.1.    地址空间

指令地址空间溢出

指令地址计算（(address_of_current_instruction) + (size_of_executed_instruction)）超过0xFFFF FFFF FFFF FFFF，PC变成不可知

2.2    Cache支持

• Caches的一般行为

（1）Cache中已解锁的项不会一直驻留在cache;

（2）Cache中锁定的项会保证会一直在cache中；

（3）任何时候具有cacheable属性的内存在当前异常级别或更高异常级别都可以分配到cache；

（4）不具有cacheable属性的内存不会分配到cache;

（5）一个cache项的释放会写回内存；

• Cache identification

Cache维护指令	（1）       影响整个cache,如IC IALLU; （2）       对某个地址的操作，如IC IVAU; （3）       对set/way的操作，如DC ISW
Cache identification registers	（1）       Cache type寄存器（CTR_EL0） 定义了最小的指令cache line长度； 定义了最小的数据cache line长度； L1 Cache索引和tag策略 （2）       single cache level ID寄存器（CLIDR_EL1） 实现了哪几级cache; 待续 （3）       single cache size selection寄存器 待续 （4）       cache size identification寄存器 是否支持写透、回写、读分配和写分配； 映射方式、sets/ways等

• Cacheablity，cache分配，cache瞬态

Cacheablity	cacheablity只适用于normal memory，内存位置可定义为内部cache（如各PE内部的L1）或外部cache（各PE共享的L2）；所有的device memory都作为non-cacheablity; cacheablity属性包含non-cacheablity；写透；写回。
Cache allocate hints	待续
Cache transient hints	待续

• Enable/disable内存的caching访问

• Reset的cache行为

（1）reset到自定义状态的所有cache可能是未知的；

（2）cacheablity控制域强制所有内存作为non-cacheablity

（3）在cache被使能前，cache初始化时必须被invalidate

（4）如（2）所述，reset所有的内存都被作为non-cacheablity，如果仍然允许cahce hit，则需：（1）提供确保cache正确初始化的机制；（2）清楚记录cache初始化；

（5）ARM建议任何时候需要无效cache时都要基于ARMV8 cache维护指令？？？

• Non-cacheable访问和指令cache

• 关于ARMV8的cache维护

术语	Level:cache的级别；
	Set:由多个连续的cache line组成一个组（set）; Way: 每个set中冲突的备选表项的数目;
	（1）Clean:为确保更新到cache中的内容flush到内存； （2）Invalidate:确保内存中的修改，能够重新加载到cache; （3）Clean and invalidate：clean指令后跟一个invalidate指令，针对的是同一访问地址；
	（1）PoU（Point of Unification）：对所有的PE可以观察到一致拷贝的点； （2）PoC（Point of Coherence）：对系统中所有的agent可以观察到一致拷贝的点；
	（1）LoC（Level of Coherence）：定义了 整个系统  clean或invalidate PoC时所要clean或invalidate的最后一级cache级别号，如：PoU为Level4，则LoC为3，执行clean和invalidate后会清空L1，L2， L3； （2）LoUU(Level of Unification, uniprocessor)：定义了  PE   clean或invalidate PoU时所要clean或invalidate的最后一级cache级别号; （3）LoUIS（Level of Unification, Inner Shareable）：定义了  内部共享域   clean或invalidate PoU时所要clean或invalidate的最后一级cache级别号;
ARMV8 cache层级抽象	操作VA的cache维护指令
	操作set/way的cache维护指令

• Cache维护指令

指令cache维护指令
数据cache维护指令
EL0 cache维护指令的使能配置
Cache维护指令的行为	没有限制cache维护指令的行为，每个cache位置都可能被清空或无效
操作VA到PoU的影响	会影响共享域内的其它PE
所有set/way维护指令的影响	只影响到运行指令的PE
虚拟化和安全性维护指令的影响	每个安全状态有自己的物理地址空间，cache与物理地址关联
边界条件	维护指令会强制所有的内存访问为non-cache???
数据和指令cache维护指令的执行顺序和完成
运行cache维护指令

• Data cache zero指令

• cache lockdown

一个cache lock 可保证cache 中的内容一直被保留

• System level caches

不是体系结构定义的cache，不受体系结构定义的维护指令管理，主要包括三类：

1. 位于PoC之前的系统级caches，不受cache维护指令管理；
2. 位于PoC之前的系统级caches，受按地址操作的cache维护指令管理， 不受按set/way操作的cache指令管理；
3. 位于PoC之前的系统级caches，软件不可见？？？这部分不受体系结构的管理

• 分支预测

ARMV8没有定义任何分之预测指令，如果体系结构中分支预测指令对所有agent是可见的，则cache维护指令也要与之适配

2.3   External abort

External abort	存储系统中MMU和debug逻辑检测到的错误除外的其它错误，主要位于SOC外部
取指abort
Data read/write abort
External abort分类
奇偶校验错误/ECC错误报告

3. 参考文档

[1] DDI0487A_k_armv8_arm_iss10775.pdf