缓存 - 刷新和无效操作

Question

我有一些关于缓存同步操作的问题。

无效：在CPU尝试读取设备更新的部分内存之前，需要使相应的内存无效。

Flush：设备读取CPU更新的一部分内存之前，CPU必须将cache中的内容flush（回写也正确？）到内存中，以便设备从内存中读取更新后的内容。

如果未执行刷新，则可能会读取内存中存在的垃圾数据，因为内存尚未用写入缓存的内容进行更新。

请确认我的上述理解是否正确？

你什么时候想结合使用flush和invalidate？我听说在使用设备控制描述符时，我们需要通过组合刷新和无效来进行同步。为什么会这样呢？

我们是否需要遵循先刷新后无效的顺序？

是否存在先无效后刷新有用的场景？

Answer 1

Flush 会将缓存的内容写回主内存，而 invalidate 会将缓存行标记为无效，以便将来的读取进入主内存。

我认为如果设备正在更新内存块，您将结合刷新和无效：刷新将确保设备具有最新内容，而无效将确保当设备完成时CPU将读取新内容从记忆中。

Answer 2

请确认我的上述理解是否正确？

一般来说，你是完全正确的，但有些石头可能会导致绊倒。您没有指定硬件平台。如果我们讨论的不是带有 SRAM 的小型嵌入式控制器，请考虑以下因素。
配备 MMU 的处理器支持普通 DDR 内存和驱动程序（硬件相关）内存的不同内存属性。最后一个是不可缓存的，因此不用担心刷新/失效。

什么时候你想结合使用flush和invalidate？我听说
在使用设备控制描述符时，我们需要同步
通过结合刷新和无效。为什么会这样？

由于标签中提到了 DMA，因此存在以下几种情况（假设 HW 缓冲区是不可缓存的设备内存）：

1. DMA 将数据从 DDR 内存传输到 HW 缓冲区。
2. DMA 将数据从 HW 缓冲区传输到 DDR（HW 接收到数据并希望使其可供 CPU 使用）
3. DMA 从 DDR 传输到 DDR 的另一个区域。

1. DDR 缓冲区应在 DMA 之前刷新。驱动程序缓冲区不可缓存，因此无需失效。
2. DDR 缓冲区应在 DMA 传输之前或之后失效（有关详细信息，请参阅下面的注释），以防止 CPU 使用缓存中的“旧”数据。刷新 HW 缓冲区是多余的。
3. 应刷新“源”缓冲区，应使“目标”缓冲区无效。因此，在传输之前，DMA 的有效数据位于内存中，并且在 DMA 完成工作后，CPU 不会从缓存中取出“污垢”。

注意：很明显，在 DMA 之前应该刷新“源”。仍然存在何时无效的问题。从技术上讲，它是在 CPU 尝试访问“目标”数据之前，并且可能在 DMA 之前或之后（我们应该确保 DMA 已完成工作）。 DMA之后IRL 失效可能会导致问题。参考
按虚拟地址刷新/无效范围； ARMv8；缓存；

如您所见，此特定平台的无效应该在DMA之前完成。另外，我还闲聊了 ARMv7 设备的 BSP 代码，发现建议在 DMA 传输之前使目标缓冲区无效。
但这还不是全部。您可能希望在再次进行 DMA 传输后使目标缓冲区无效（没错，是第二次）。如果相关芯片具有预取功能，它可以在 DMA 工作时将数据取回缓存。因此顺序可能是：首先使预取无效后，再次将数据放入缓存 -> DMA 覆盖内存中的数据 ->高速缓存具有与内存不同的数据，并且高速缓存被标记为具有有效数据。第二个无效将确保数据再次检索到缓存中，因此缓存和内存完成同步:)

我们是否需要遵循先刷新后无效的顺序？

假设源缓冲区和目标缓冲区不相互交叉，则不存在依赖性。您可以flush-invalidate 或invalidate-flush。

是否存在先无效后刷新有用的场景？

不这么认为。