Linux arm cache 入门

1. ARM 架构下 Cache 的基本概念

• Cache 层级：L1 I-Cache、L1 D-Cache、L2（统一 Cache），部分 SoC 还有 L3

• Cache 特性：写分配 / 非写分配，写回（write-back）/ 写直达（write-through）

• 一致性问题：SMP 多核下的 Cache 一致性协议（MESI/MOESI 思路）

• ARM 内存域划分：Normal memory vs Device memory

1. ARM Cache 维护指令族

ARMv8/v7 都提供了一组专门的 cache maintenance instructions，在内核驱动和系统软件里很常见。

指令分类

• I-Cache（指令 Cache）相关

  • IC IVAU：Invalidate I-Cache by VA to PoU

  • IC IALLUIS：Invalidate all I-Cache inner shareable

  • IC IALLU：Invalidate all I-Cache (non-shareable)

• D-Cache（数据 Cache）相关

  

  • DC CIVAC：Clean & Invalidate D-Cache line by VA to PoC

  • DC CVAC：Clean D-Cache line by VA to PoC

  • DC IVAC：Invalidate D-Cache line by VA to PoC

  • DC ZVA：Zero a cache line by VA

  • DC CVAU：Clean D-Cache line by VA to PoU

关键参数

• PoU (Point of Unification)

  • 指指令流和数据流统一的位置，通常是 I-Cache 之前的层级。

  • 比如写代码到内存后，需要清到 PoU，确保 I-Cache 能看到。

• PoC (Point of Coherency)

  • 体系保证所有 master 观察到一致性的点。

  • 通常是 L2 Cache 出口到内存的接口。

• PoP (Point of Persistence)

  • 数据被写入“持久存储”的点（比如 NVM、持久内存系统）。

  • 在 ARMv8.2+ 中提出，和持久化内存相关。

使用场景举例

• 代码自修改 / 动态加载代码：先写 D-Cache，再清到 PoU，最后无效 I-Cache。

• DMA 缓冲区：CPU 和外设共享内存时，需要 Clean / Invalidate 到 PoC。

1. Linux 内核中的 Cache 操作接口

内核提供的 API

在 Linux 内核（arch/arm64/include/asm/cacheflush.h）中常见的接口有：

高层 API

• dma_map_single() / dma_unmap_single()

  

  • 用于驱动中确保 DMA 缓冲区 Cache 与内存一致

• dma_sync_single_for_device() / dma_sync_single_for_cpu()

  • 针对 CPU/设备交替访问的场景

dma摸之前clean，cpu摸之前inv