聊聊STM32F7的数据一致性话题

    STM32F7系列芯片集成了L1高速缓存，即L1 CACHE,包括D-CACHE和I-CACHE。它能够提升CPU访问数据或指令的速度，改善MCU的性能。关于STM32F7 L1 CACHE的应用，有个数据一致性问题需要注意，不然编程时可能会遇到些奇怪的现象。

    在聊这个话题之前，先说几个基本概念或术语。

1、芯片复位后，I-CACHE,D-CACHE默认是关闭的。可以分别打开或关闭以及配置各自大小。

2、对于STM32F7来说，只有经过AXI总线接口访问时才用到L1 CACHE。换句话，通过其它总线【TCM/AHBP/AHBS】做数据或指令访问时是不涉及到L1 CACHE的。

3、回写【WRITE BACK】:在写数据时，只是把数据写进D-CACHE而未写入二级存储器，并将缓存行里的数据标识为DIRTY，直到执行CACHE的清除操作才将D-CACHE里的内容写进二级存储器。

3、透写【WRITE THROUGH】：在写数据操作时同时将数据写入D-ＣＡＣＨＥ和二级存储器。这对于保持数据的一致性有好处，代码编写也相对简单。不过它需要消耗更多的写数据时间。当然，下次访问相同内容时还是可以直接从缓存里读取。跟回写相比，算是一种折衷处理办法。

4、STM32F7片内外各个存储单元的存储属性是通过MPU来配置的。在芯片复位之后，MPU是默认关闭的，此时各存储单元的存储属性遵照如下的默认配置。

    好，那什么时候会发生数据一致性问题？

    当有ＣＰＵ和其它主设备【如ＤＭＡ】共同访问某可缓存的二级存储器比方ＳＲＡＭ１，同时该存储器又具有回写属性，此时就可能发生数据一致性问题。因为该存储器的回写属性，导致通过ＣＰＵ欲写入存储器的数据只是缓冲在ＣＡＣＨＥ里，而没有及时写入存储器。如果此时ＤＭＡ访问该二级存储器的话，读到的数据可能跟预期不一致。

    为了避免数据不一致的问题，我们需要做D-CACHE维护操作。一般有如下四种方法：

1、当对一个可缓存的二级存储器做了写数据操作之后，通过软件对D-CACHE进行清除操作，即运行SCB_CleanDCache()。这样将CACHE里的缓存内容写回到二级存储器，比如把那些DIRTY CACHE行的数据写进SRAM1。

2、通过MPU调整可缓存存储器的存储属性，将其CACHE使用方式改为透写模式。这样保证每次写入CACHE里的内容也同时写入二级存储器，比如写进SRAM1。

3、通过MPU调整可缓存存储器的存储属性，将其共享属性改为可共享的【SHAREABLE】。此后该二级存储器将变为不可缓存。

4、通过配置CACR寄存器中的D-CACHE位，强制将所有写操作配置为透写属性。

    当然，跟上面描述相对应的还有一种情形。那就是DMA更新了可缓存存储器比如SRAM1的数据后，CPU再去读SRAM1，此时也会发生数据不一致的问题。因为CPU此时读的数据还是之前CACHE里的旧数据。为了避免这个问题，保证数据的一致，就得在CPU读SRAM1之前通过软件执行CACHE失效操作，这样保证CPU直接从二级存储器比方SRAM1读取数据。

    下面有个关于数据一致性的实例供大家思考。

首先CPU从片上FLASH存储块aSRC_Const_Buffer的128字节常量数据拷贝到SRAM1里的一个名为pBuffer的缓存区。

然后CPU配置并使能DMA执行从内存到内存的传输，将SRAM1里pBuffer缓存区的数据传输到DTCM  RAM的另一个aDST_Buffer缓存区。

最后，CPU将aDST_Buffer缓存区的数据与flash存储块aSRC_Const_Buffer的常量数据进行比较是否一致。

最后小结下，对于STM32F7系列MCU来说，可能发生数据一致性问题需要的几个因素：

1、有CPU和DMA参与数据访问；

2、有被CPU和DMA共同访问的可缓存的带回写属性的物理存储块；

3、开启了D-CACHE；

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