ING916xx将Cache用作普通RAM

Cache是CPU内部缓存，用于临时存储CPU需要频繁访问的数据和指令，以加快CPU的数据访问速度；而RAM是主存储器，用于存储程序和数据，是CPU和外部设备之间的桥梁，其访问速度相对较慢。

速度：Cache的访问速度非常快，一般能够达到纳秒级别的响应速度；而RAM的访问速度相对较慢，一般需要几十到几百纳秒的时间。

容量：Cache的容量比RAM要小得多，一般只有几百KB到几十MB的大小；而RAM的容量比Cache要大得多，一般从几百MB到数GB不等。

成本：Cache的制造成本较高，但是由于其容量较小，因此总成本相对较低；而RAM的制造成本较低，但是容量较大，因此总成本相对较高。

ING916XX 的 Cache 由 I-Cache-M 和 D-Cache-M 两部分组成，均可作为 RAM 使用，在使用之前我们先进行 Coremark 跑分，测试一下映射为 RAM 与否对整个系统性能的影响。

Coremark 跑分

我们将 I-Cache-M 和 D-Cache-M 是否映射为 RAM 所组成的 4 种情况分别进行跑分（编译器为 GCCClang 16.0.0），其跑分的结果如下表所示。

对于 Coremark 跑分程序，将 I-Cache-M 映射为 RAM 会导致整个系统的性能极度下降，而将 D-Cache-M 映射为 RAM 对于系统整体的性能影响几乎可以忽略不计（注：不同的程序，D-Cache 对性能的影响也不相同。）。所以，在必要情况下（如 RAM 不足时）可考虑将 D-Cache-M 映射为普通 RAM。

用法举例：自由使用

要像使用普通 RAM 一样自由使用，需要额外做一点准备工作：修改初始化文件。

简便起见，我们用 C 语言编写 init_memory 函数，然后在初始化文件中调用这个无参数的函数。

void init_memory(void)
{
    SYSCTRL_CacheControl(SYSCTRL_MEM_BLOCK_AS_CACHE, SYSCTRL_MEM_BLOCK_AS_SYS_MEM);
}

打开 startup_ing91600.s，找到如下一段代码：

; Reset Handler
Reset_Handler   PROC
                EXPORT  Reset_Handler
                IMPORT  __scatterload

                PUSH    {R1, LR}

                ; save msp
                MRS     R1, MSP
                MSR     PSP, R1

在执行 scatter_load 之前调用 init_memory 将 D_Cache 设置为 RAM。

                IMPORT  init_memory

				LDR     R0, =init_memory
                BLX     R0

以 Keil 为例，将这块 RAM 添加到项目的设置里（高亮部分）：

建议不勾选 “Default”，以便手工指定分配将哪些变量分配到这块 RAM。有多种指定方法。

• 按模块指定

  打开模块的设置页面进行设置：

  

• 在代码里直接指定变量地址

  • Arm Compiler V5 版本

      #define RAM_SIZE 8192 // RAM的大小，单位为字节
      #define D_CACHE_ADDR    0x2000E000
    
      char RAM_D[RAM_SIZE] __attribute__((at(D_CACHE_ADDR)));
    

  • Arm Compiler V6 版本

      #define RAM_SIZE 8192 // RAM的大小，单位为字节
    
      char RAM_D[RAM_SIZE] __attribute__((section(".ARM.__at_0x2000E000")));
    

• 修改 .sct 文件

用法举例：动态分配和使用（例 1）

在程序运行期间根据需要（比如执行复杂数据处理，需要大量缓存时）动态地将 Cache 配置为 RAM，当不再使用时， 可再切换回 Cache 模式：

SYSCTRL_CacheControl(SYSCTRL_MEM_BLOCK_AS_CACHE, SYSCTRL_MEM_BLOCK_AS_SYS_MEM);
void *data = (void *)D_CACHE_ADDR;
// ....
SYSCTRL_CacheControl(SYSCTRL_MEM_BLOCK_AS_CACHE, SYSCTRL_MEM_BLOCK_AS_CACHE);

使用时一般涉及多个数据块，为每个数据单独分配地址很不方便。可考虑使用 Arena allocator（竞技场内存分配器）。 分配内存时，分配器直接从内存池的开头“切”下一块返回给调用者，逻辑简单。下面是一个参考实现。

1. 定义结构体 Arena

    // 定义一个结构体，表示 Arena
    typedef struct arena {
        char *start;  // Arena 起始地址
        size_t block_size;
    } arena;
   

2. 实现两个接口

   1. 初始化函数：arena_init

    void arena_init(arena *a, void *block, size_t size) {
        a->start = (char *)block;
        a->block_size = size;
    }
   

   1. 内存分配函数：arena_alloc

    // 分配内存
    void *arena_alloc(arena *a, size_t size) {
        // 4 字节对齐
        size = (size + 3) & ~0x3ul;
        if (a->block_size >= size) {
            void *p = (void *)a->start;
            a->start += size;
            a->block_size -= size;
            return p;
        } else {
            return NULL;
        }
    }
   

3. 使用

SYSCTRL_CacheControl(SYSCTRL_MEM_BLOCK_AS_CACHE, SYSCTRL_MEM_BLOCK_AS_SYS_MEM);
{
    arena_init(&arena, D_CACHE_ADDR, RAM_SIZE);

    t1 *var1 = (t1 *)arena_alloc(&arena, sizeof(t1));
    t2 *var2 = (t2 *)arena_alloc(&arena, sizeof(t2));

    // 使用 var1, var2
    // ...
}
SYSCTRL_CacheControl(SYSCTRL_MEM_BLOCK_AS_CACHE, SYSCTRL_MEM_BLOCK_AS_CACHE);

用法举例：动态分配和使用（例 2）

假设要调用一个复杂的、需要很多栈空间的函数 complex_algorithm_function，可以临时将 Cache 用作栈， 专门用于调用这个函数：

SYSCTRL_CacheControl(SYSCTRL_MEM_BLOCK_AS_CACHE, SYSCTRL_MEM_BLOCK_AS_SYS_MEM);
{
    platform_call_on_stack(complex_algorithm_function, NULL, D_CACHE_ADDR, RAM_SIZE);
}
SYSCTRL_CacheControl(SYSCTRL_MEM_BLOCK_AS_CACHE, SYSCTRL_MEM_BLOCK_AS_CACHE);