NIOS II/f Data Cache and Tightly-Coupled Memory

这个问题困扰了我n久n久了（2天）...

IOWR 写数据总结出郁闷的问题 

http://www.cnblogs.com/crazybingo/archive/2010/11/26/1888731.html

 

上篇博文中我提出了问题，对于

#define    LED_DATA    *(volatile unsigned char*)  LED_PIO_BASE

直接操作没有效果，但后面加一句printf（）后可执行，一直想不通这个问题，现在终于解决了…

最后在牙缝哥哥的“不情愿”的教导下，又baidu google了一下，加上手册和书，我终于悟出来了。。。。。

 

下面我图文并茂，handbook+ZLG_BOOK+BMP+txt 来解决问题

 

在SOPC创建CPU的时候，nios/e、nios/s、nios/f有个地方有所不同：

下面是nios/e、nios/s的 ，

Data Cache被屏蔽了，不存在Data Cache（数据缓存）的问题

下面是nios/f的 （可以在这里把它关掉，防止后面的一系列问题）

nios/f为CPU开辟了2KB的32字节的Date Cache（数据缓存）,问题就出在这里

 

Data Cache 数据缓存相当于电脑的一级缓存，二级缓存，是为了提高系统速度，因为这样就可以一直发送数据，一直接收数据了。

根据Nios II Processor Handbook 上关于Cache and Tightly-Coupled Memory的解说：

 

可见，ldio/stio类指令明确指明了第31位地址对旁路数据缓存提供了一个可选的方法

如果第31为地址被拉高- 1 -：数据缓存区被旁路

如果第31为地址被拉低- 0 -：数据缓存区被打开

因此在nios/f中又可以通过软件的方法吧Data Cache关掉

第31位地址只能在处理器内部使用，所以最大的地址空间只有31位，及2G寻址空间

后面又说到，对于nios/e、nios/s也是31位及2G寻址空间，这样便于不同等级的NIOS II核之间的代码移植

 

下面摘录ZLG的《SOPC嵌入式系统基础教程》P68、P69中的几句话：

“NIOS II结构的指令主端口和数据主端口都支持高速缓存

高速缓存使用片内存储器

nios/f中指令和数据高速缓存在运行时移植使能，但可以使用软件方法来旁路数据高速缓存

NIOS II处理器出城部分的高速缓存在SOPC Bulider中式可选的，取决于用户对系统欧冠存储性能的要求

NIOS II处理器 数据指令缓存 可有可无

NIOS II 高速缓存改善心梗的功效基础

（1）常规存储器位于片外，方为时间>片内存储器

（2）循环执行的、最大的、关键性能的指令序列长度小于指令高速缓存

（3）关键性能数据的最大规模小于数据高速缓存

NIOS II 高速缓存缺点

（1）只有片内存储器时，高速缓存没优势

（2）程序循环2KB，高速缓存1KB，没作用（上述（3））

（3）使得程序执行时间不可预测

NIOS II处理器内核支持一种称作31为高速缓存旁路的机制，根据最高有效位的值来旁路高速缓存

NIOS II内核地址都限制在31为，及2G地址空间

 

”

 

至此，我恍然大悟，记得当年我的另外一块开发板因为画的是在太戳了，nios/f跑步起来，所以一直用的是nios/e、nios/s，我一直这样写

 

以前这样写从没出现过问题是因为nios/e，nios/s不存在数据缓存区，Bit31无效

但nios/f存在数据缓存区，Bit31有效，所以如果要直接通过地址映射操作，必须把最高位屏蔽掉

#define    LED_DATA    *(volatile unsigned int*)  (LED_PIO_BASE| (1<<31)) //把Bit31拉高

这样就能操作了

 

而上述我在LED_DATA = 1；后面加了一句printf（）就可以了原因，

因为把给LED_DATA发出的数据放在了数据缓存区，没有及时处理，

个人觉得printf是电脑在执行操作，这个同事刚好FPGA CPU空闲，所以缓存区释放，IO有效（如果有不到之处，看到的人请提出，谢谢）

 

下面放映一下我Master的SPI 寄存器映射方法

在nios/f中  要寄存器映射都必须bypass cache，否则会出错，这个要铭记了。。。

。。。。。。。。。

#define    LED_DATA    *(volatile unsigned int*)  (LED_PIO_BASE| (1<<31))

int main()
{
    unsigned char table[]={0x00,0x01,0x02,0x03};
    unsigned char i;
    printf("Time is flying...\n");
    printf("我要吐血了。。。\n");
    while(1)
    {
        for(i=0;i<4;i++)
        {
            LED_DATA = table[i];
            Delay_Ms(500);
        }
    }
    return 0;
}

 

 

但是Cache存在缺陷，就是 不能及时处理数据，执行代码时间变的不可确定，降低了实时性

 

在此，有更好的解决方案，那就是Tigtly-Coupled Memory，紧耦合锁存器：是一种紧挨着内核的快速SRAM

（1）可以改善系统系能

（2）保证装在和存储指令或数据的时间确定

紧耦合所存器使NIOS II性能提高，又能获得可预测的实时响应，有以下特点：

（1）性能类似于高速缓存

（2）软件能够保存讲关键性能的代码或数据存放在紧耦合存储器中

（3）代码执行的确定性——装载和存储指令或者数据的时间是可预测的

NIOS II节后指令和数据访问都支持耦合存储器

如果应用程序和存储器需要组后小，能够完全在片内实现，可以使用专门针对代码和数据的紧耦合器，可是怎么用捏？？?

 

 

反正，问题都解决， 静态地址 主端和从端的地址映射也差不多知道了。。。。

养成对Cache Bit31位操作的习惯，便于移植

总结出一点，好好看handbook！！！

发现问题--问问题--无果--看handbook--while（1）{冷静，问题总能被解决的………}