嵌入式系统文件系统开发缓存的应用
一、前言
【嵌入式系统文件系统开发缓存的应用】最近开发一基于嵌入式系统下的“文件系统”,后期测试出现一些离奇的BUG,经审查和排故发现是开启了缓存加上DMA搬运数据导致的CACHE不一致问题。现在就来分享一下。
二、缓存
改文件系统的应用场景是基于嵌入式操作系统,实现数据的有效记录。硬件设计基于Z7,BSP默认打开了CPU和主存之间的cache, 且写数据方式为写贯穿。应用运行中,CPU通过cache访问操作主存,而读写电子盘的驱动默认采用DMA搬运数据到主存,这是cache不一致的根本原因。
本文先介绍一下几个概念:
- cache line
CPU cache的结构是由很多Cache Line组成的。每条cache line都有两个标志位。 - 有效位(valid bit)
表示cache line的数据是否有效。系统刚启动时,数据都置无效。 - 脏位(dirty bit)
表示cache line的数据是否和下一级缓存一致。0一致,1不一致 - 命中(Hit)
CPU要访问的数据在Cache中有缓存。成为命中(Hit),反之为缺失(Miss) - DMA(Direct Memory Acess)
直接存储器访问,是一种不经过CPU而直接从内存存取数据的数据交换方式。否则,CPU需要从来源把每一片段的资料复制到暂存器,然后把它们再次写回新的地方。
- 写直达(write through)
任一从CPU发出的写信号送到cache的同时,也写入主存,以保证主存的数据能够同步更新。 - 写回(write back)
如果当发生写操作时,数据已经在 CPU Cache 里的话,则把数据更新到 CPU Cache 里,同时标记 CPU Cache 里的这个 Cache Block 为脏(Cache Block 的数据和内存是不一致);
如果当发生写操作时,数据所对应的 Cache Block 里存放的是「别的内存地址的数据」的话,就要检 查这个 Cache Block 里的数据有没有被标记为脏的,如果是脏的话,我们就要把这个 Cache Block 里的数据写回到内存,然后再把当前要写入的数据,写入到这个 Cache Block 里,同时也把它标记为 脏的; 如果 Cache Block 里面的数据没有被标记为脏,则就直接将数据写入到这个 Cache Block 里,然后再把这个 Cache Block 标记为脏。
文章图片
- 读贯穿(read through)
CPU的所有对主存的数据请求都先送到cache,如果命中,则不请求访问主存,并将数据送出;如果不命中,则向主存请求数据。 - 读旁路(read aside)
CPU发出数据请求时,并不是单通道地穿过Cache。而是向Cache和主存同时发出请求。由于Cache速度更快,如果命中,则Cache在将数据回送给CPU的同时,还来得及中断CPU对主存的请求;不命中。则Cache不做任何动作。由CPU直接访问主存。
文件系统是基于vxWorks开发的。针对CACHE不一致问题,分析vxWorks系统提供的cacheLib,提出两种解决方法:
- 所有经过DMA操作的数据都用cacheDmaMalloc申请内存空间
默认用malloc申请的内存不是缓存安全的。用cacheDmaMalloc可以为DMA设备和驱动分配缓存安全的内存缓冲。 - 调用cacheFlush和cacheInvalidate解决问题
cacheFlush强制将缓冲的数据更新到内存。对于写贯穿类型,cacheFlush什么都不需要做因为内存和缓存条目是匹配的。cacheInvalidate将所有的缓冲条目都设置为无效,完全切断内存和缓冲之间的联系。
int rawFsBlkWrt(unsigned int startsector,int nsectors,char *pdata, const char *devname)
{
STATUS stats = ERROR;
BLK_DEV * pdev = NULL;
int ldrs_num = -1;
int i = 0;
for(i=0;
i
int rawFsBlkRd(unsigned int startsector,int nsectors,char *pdata, const char *devname)
{
STATUS stats = ERROR;
BLK_DEV * pdev = NULL;
int ldrs_num = -1;
int i = 0;
for(i=0;
i
推荐阅读
- django-前后端交互
- 如何在Mac中的文件选择框中打开系统隐藏文件夹
- 使用composer自动加载类文件
- 单点登陆
- 操作系统|[译]从内部了解现代浏览器(1)
- 游乐园系统,助力游乐园管理
- 中国MES系统软件随工业化成长
- 推荐系统论文进阶|CTR预估 论文精读(十一)--Deep Interest Evolution Network(DIEN)
- ssh生成公钥秘钥
- Cesium|Cesium 粒子系统学习