记一个bootloader的cache问题

问题背景

最近往一个armv7板子的bootloader中移植了解压算法，移植本身还比较顺利，但移植完了发现，功能是正常的，但效率大打折扣。解压同样的数据，耗时大约是uboot的10倍。

初步定位

从这个10倍的量级上，比较怀疑是Cache相关，但其他怀疑的因素也要先确认了下。先确认下直接相关的DDR和CPU。

DDR的驱动是完全一样的，所以DDR先排除。

CPU的话，芯片上电后时钟是固化在芯片中的BootROM设定的，默认比较低，但看代码CPU时钟是调整过了，已经提高到1G了。为了确认改动是生效的，尝试将CPU频率设定降低了些，发现速度确实随之变慢了，那就说明CPU时钟配置确实生效了。退一步讲，CPU的设置即使没成功，也不应该造成十倍的性能差距。

那么目光就落在了Cache身上。从代码上看，MMU，DCache和ICache是都打开了的。那么既然使能了，得想个办法确认是否确实起作用了，一个简单的办法就是，故意不使能它，看性能是否有变化。

修改代码，分别测试了不使能DCacne和不使能ICache的解压时间，从结果看出ICache起作用了，而DCache没起作用，开关DCache对解压时间没什么影响。那问题肯定就在DCache上。

Cache设定

到了这一步，我想到之前解决的另一个Cache不起作用的问题，最终是查到必须设置smp bit，于是加上对应的设置代码，但加上后问题并没解决。

继续google，查阅了一些Cache的资料后，目光转向了mmu的page table设置。

简单来说，在启用mmu时，需要给出一个page table告知mmu，虚拟地址和物理地址如何映射，在这个page table中，每一项还有若干功能位，包括了权限，Cache等设置。 对于一些寄存器相关的地址，一般就不使能Cache，这样读写寄存器不会受Cache影响。而对于其他正常的地址，一般会启用Cache以提高效率。而启用Cache还需要具体配置Cache的模式，可以配置为write-through(写通/写穿) 或 wrike-back(写回)。对于write-through，数据会既写到Cache又写到主存，Cache和主存的数据总是一致的。对于write-back，数据只写到Cache，并标记为dirty，当Cache被换出时才写到主存。

对照实际的page table，发现设置的是write-through。write-through每次都需要实际写到主存，速度自然是慢的，赶紧修改为write-back测试下。果然解压速度获得了质的飞跃。

本次问题中，我的代码本身是运行在Sram上，而需要解压的源数据，以及解压后的数据则是在Dram上。在将Dram对应地址的设置改为write-back之后，速度获得了大约3倍的提升。进一步将Sram对应的地址也设置为write-back之后，速度再次获得约10倍的提升。累计提升约28倍，令人不仅赞叹Cache果然是个好东西。

顺便提一句，最开始加的smp bit确实是需要的，各位如果发现DCache没起作用，可以检查下这个设置，之前在另一个问题上也是坑了我好几天才从uboot中揪出这个配置。

Cache回刷

改完之后，解压速度杠杠的，但也带来了一些其他的问题，例如我的系统启动不了了，bootloader跳转过去就直接挂了。想了下，应该是改为write-back后Cache和主存的数据存在不一致导致的。 如果是在主系统中，那对Cache就得精细化控制，该回刷就回刷该无效就无效，但在这个问题中我的场景比较简单，bootloader一穷二白，就简单些吧，再移植一段刷Cache的代码，直接刷全部DCache。然后在几个关键的地方调用了下，果然，启动流程恢复正常了。