TMS320C6678存儲器訪問性能（上）

　　DSP核讀SL2通常會通過L1D cache，所以，和訪問LL2一樣，DSP核訪問SL2的性能高度依賴cache。

　　XMC中還有一個prefetch buffer(8x128bytes)，它可以被看作是一個額外的只對讀操作可用的cache。DSP核之外的每16-MB存儲器塊都可以通過MAR(Memory Attribute Register)的PFX(PreFetchable eXternally)bit 被配置為是否通過prefetch buffer讀，使能它會對多個主模塊共享存儲器的效率有很大幫助;它也能顯著地改善對SL2連續讀的性能。不過，prefetch buffer對寫操作沒有任何作用。

　　SL2可以通過從0x0C000000開始的缺省的地址空間訪問，這個空間總是cacheable，通常它也被配置為prefetchable。SL2可以通過XMC的配置被重映射到其它地址空間，通常重映射空間被用作non-cacheable, nonprefetchable 訪問(當然它也可以被設置為cacheable而且prefetchable)。通過缺省地址空間訪問比通過重映射空間訪問稍微快一點，因為地址重映射需要一個額外的時鐘周期。

　　由于L1D cache不會在寫操作時被分配，并且這里的測試之前cache都被清空了，所以任何對SL2的寫操作都通過L1D write buffer(4x16bytes)。對多個寫操作，如果地址偏移小于16bytes，這些操作可能在write buffer中被合并成一個對SL2的寫操作，從而獲得比較高的效率。XMC也有類似的寫合并buffer，它可以合并兩個在32 bytes內的寫操作，所以，對偏移小于32bytes的寫操作，XMC的寫buffer改善了寫操作的性能。

　　當寫偏移是N*256 bytes時，每個寫操作總是訪問SL2相同的bank(SL2存儲器組織結構是4 bankx2sub-bankx 32 bytes)，對相同bank的連續訪問間隔是4個時鐘周期。對其它的訪問偏移量，連續的寫操作會訪問SL2不同的bank，這樣的多個訪問的在流水線上可以被重疊起來，從而使平均的訪問時延比較小。

　　圖5 比較了DSP核訪問SL2和LL2的訪問時延。對地址偏移小于16bytes的連續訪問，訪問SL2的性能和LL2幾乎相同。而對地址偏移比較大的連續訪問，訪問SL2的性能比LL2差。因此，SL2最適合于存放代碼。

　　圖5 DSP核訪問SL2和LL2的性能比較

　　3.3 DSP核訪問外部DDR存儲器的時延

　　DSP核訪問外部DDR存儲器高度依賴cache。當DSP核訪問外部存儲器時，一個傳輸請求會被發給XMC。根據cacheable和prefetchable的設置，傳輸請求可能是下列情況中的一種:

　　一個數據單元–如果存儲器空間是non-cacheable，nonprefetchable

　　一個L1 cache line-如果存儲器空間是cacheable而沒有L2 cache，

　　一個L2 cache line-如果存儲器空間是cacheable并且設置了L2 cache。

　　如果要訪問的數據在L1/L2 cache或prefetch buffer中，則不會有傳輸請求發出。

　　如果被訪問的空間是prefetchable的，可能還會產生額外的prefetch請求。

　　外部存儲器的內容可以被緩存在L1 cache或/和L2 cache，或者都不用。DSP核之外的每16-MB存儲器塊都可以通過MAR(Memory Attribute Register)的PC(Permit Copy)bit被配置為是否通過cache訪問。如果PC比特為0，這段空間就不是cacheable的。如果PC比特是1而L2 cache大小為0(所有LL2都被用作普通SRAM)，那外部存儲器的內容只會被L1 cache緩存。如果PC比特是1并且L2 cache大于0，則外部存儲器的內容可以被L1和L2 cache同時緩存。

　　像訪問SL2一樣，對外部存儲器的讀操作也可以利用XMC里的prefetch buffer。它可以通過MAR(Memory Attribute Register)的PFX(PreFetchable eXternally)bit來配置。

　　多個訪問之間的地址偏移(stride)顯著地影響訪問效率，地址連續的訪問可以充分地利用cache和prefetch buffer;大于或等于64字節的地址偏移導致每次訪問都miss L1 cache因為L1D cache行大小是64 bytes;大于或等于128字節的地址偏移導致每次訪問都miss L2 cache因為L2 cache行大小是128 bytes。

　　如果發生cache miss，DSP需要等待外部數據傳輸完成。等待的時間是請求發出時間，數據傳輸時間或數據返回時間的總和。

　　圖6是在1GHz C6678 EVM(64-bit 1333MTS DDR)上測得的DSP核訪問DDR的時延。DSP核執行512個連續的LDDW(LoaD Double Word)或STDW(STore Double Word)指令所花的時間被測量，平均下來每個操作所花的時間被畫在圖中。測試中，L1D被配置成32KB cache，LL2的256KB被設置為cache。

　　對LDB/STB和LDW/STW的測試表明，它們的時延與LDDW/STDW相同。

　　注意，下面第二和第三個圖實際上是第一個圖左邊的放大。

　　圖6 DSP核對DDR Load/Store的時延

　　對地址偏移小于128 bytes的訪問，性能主要受cache的影響。

　　L2 cache會在寫操作時被分配，對任何寫操作，cache控制器總是先把被訪問的數據所在的cache行(128 bytes)讀進L2 cache，然后在cache中改寫數據。被改寫是數據會在發生cache沖突或手工cache回寫操作時被最終寫到外部存儲里。當寫操作的地址偏移是1024 bytes的整數倍時，多個訪問在L2 cache中發生沖突的概率很大，所以L2 cacheable寫操作的時延會顯著地增加。最壞的情況下，每個寫操作都會導致一個cache行的回寫 (之前的數據因為沖突而被替換/回寫)和一個cache行的讀入(新的數據被分配到cache中)。

　　當地址偏移大于512bytes時，DDR頁(行)切換開銷成為性能下降的主要因素。C6678 EVM上的DDR頁(行)大小或bank寬度是8KB，而DDR3存儲器包含8個banks。最壞的情況是，當訪問地址偏移量是64KB時，每個讀或寫操作都會訪問相同bank中一個新的行，而這種行切換會增加大約40個時鐘周期的時延。請注意，不同的DDR存儲器的時延可能會不一樣。