如何绕过 ARM 机器上的缓存答案

【问题标题】：How to bypass caches on an ARM machine如何绕过 ARM 机器上的缓存
【发布时间】：2014-06-03 19:52:35
【问题描述】：

如何绕过所有从 ARM 用户空间访问某个内存位置的缓存？

这是一个例子：

uint16_t* ptr = (uint16_t*) malloc(MEM_SIZE * sizeof(uint16_t));

*ptr = 0xFFFF;

我可以使 ptr 不被缓存以避免缓存污染吗？我在 ARMv7 架构上以系统调用仿真模式（非常有限的操作系统支持）运行。

更新：

解决下面的一些 cmets：

我在 gem5 模拟器 (http://www.gem5.org/) 上以 Syscall Emulation 模式运行此代码，简而言之如下：

gem5 可以模拟一个带有设备和操作的完整系统系统处于完整系统模式（FS 模式），或仅用户空间程序其中系统服务由模拟器直接提供系统调用仿真模式（SE 模式）。

SE 模式正在使用 MMU。我目前在 ARM Cortex-A9 之后建模，但我假设是否有办法解决这个问题，它应该取决于 ISA 而不是处理器实现？我正在使用 L1/L2 缓存，但是当我正在研究各种架构时，这也应该是无关紧要的，因为我正在寻找一种绕过特定内存位置的所有缓存的通用机制。

【问题讨论】：

@artlessnoise 感谢您的评论。我没有包括这些细节，因为我认为它们不会以任何方式影响答案。我不确定 PSMA 是什么，但我将在编辑我的问题时解决您的所有其他问题。见上文。
ARM 的缓存刷新最终是处理器相关的。它是通过 CP15 寄存器完成的，这对于 Cortex-A 和 Cortex-M 是不同的，甚至在 Cortex-A CPU 之间也存在很小的差异。同样，MMU 表可能会将特定条目标记为不可缓存。最有可能的是，可以在 GEM5 源代码中找到答案。模拟 CP15 寄存器可能没有意义。 Linux armv7 cache code 在v7_flush_dcache_all 中有示例，其中mcr/mrc 指令操作CP15；每个模型的值不同。
@artlessnoise 谢谢！您能否详细说明 CP15 与将页面标记为不可缓存的关系？
这是两种不同的机制。 CP15 是缓存刷新/无效操作。如果数据在缓存中，则清空。另一种机制是用 MMU 标记内存永远不会被缓存（然后你永远不必刷新）。我的要点是真正的 ARM 可能与 Gem5 系统仿真模式有很大不同。
@artlessnoise 谢谢！是的，所以对于我正在做的刷新缓存将不起作用。但是在 MMU 中标记页面听起来要好得多。我想我的问题是在真正的 ARM 平台上是否有合适的方法来做到这一点？比如什么是指令序列，或者是从 MMU 或操作系统请求未缓存内存位置的函数调用？

【解决方案1】：

来自用户空间 - 不。 malloc() 的内存来自堆。

通过内核模块，可能是的。内存页面可以由 MMU 设置为未缓存，例如使用dma_alloc_coherent()，然后提供给用户空间，参见LDD3 15.2.7. Remapping Kernel Virtual Addresses。但是，这可能比您希望的更麻烦。

【讨论】：

在 Syscall Emulation 模式下... 我不知道那是什么意思，但它不是 Linux。
您认为可以将包含该原语的源代码链接到我的应用程序，以便用户代码可以运行 dma_alloc_coherent 吗？由于这都是模拟的，我假设模拟器对主管模式和/或保护不是超级严格。