AXI协议中的AxCACHE信号是一个4位宽的信号,用于指示缓存行为和内存的属性，从而帮助控制缓存的行为和优化内存访问。

CACHE信号的位定义

CACHE信号由4位组成，分别是：

C0 (Bufferable)：指示传输是否可以被缓冲（bufferable）。
C1 (Modifiable)：指示传输是否可以被修改（modifiable）。
C2 (Read-Allocate)：指示是否可以为读取分配缓存行。
C3 (Write-Allocate)：指示是否可以为写入分配缓存行。

位	含义
C0	Bufferable
C1	Modifiable
C2	Read-Allocate
C3	Write-Allocate

各位的详细解释

C0 (Bufferable)

0：传输不可以被缓冲。数据必须直接写入目标地址。
1：传输可以被缓冲。数据可以先写入缓存，然后再写入目标地址。

C1 (Modifiable)

0：传输不可被修改。传输的数据必须直接传递，不进行修改。
1：传输可以被修改。数据可以在传输过程中被合并或重排序。

C2 (Read-Allocate)

0：不为读取操作分配缓存行。
1：为读取操作分配缓存行。如果读取的地址在缓存中不存在，则分配一个新的缓存行。

C3 (Write-Allocate)

0：不为写入操作分配缓存行。
1：为写入操作分配缓存行。如果写入的地址在缓存中不存在，则分配一个新的缓存行。

CACHE信号的常见组合及其含义

例1：全缓存行为（0b1111）

CACHE = 0b1111
Bufferable = 1
Modifiable = 1
Read-Allocate = 1
Write-Allocate = 1

传输可以被缓冲，数据可以被修改。
读取和写入操作都可以分配缓存行。

例2：非缓存行为（0b0000）

CACHE = 0b0000
Bufferable = 0
Modifiable = 0
Read-Allocate = 0
Write-Allocate = 0

传输不可以被缓冲，数据不可以被修改。
读取和写入操作都不分配缓存行。

例3：写入可缓存（0b0011）

CACHE = 0b0011
Bufferable = 0
Modifiable = 0
Read-Allocate = 1
Write-Allocate = 1

传输不可以被缓冲，数据不可以被修改。
读取和写入操作都可以分配缓存行。

使用场景

1. 0000 - 完全非缓存模式

含义：不可缓冲，不可修改，不读分配，不写分配。
使用场景：
- 直接访问外设：例如，直接访问内存映射的I/O设备时，数据必须直接写入设备，而不会被缓存。
- 访问不会重复使用的数据：例如，一次性配置寄存器或标志位。

CACHE = 0b0000
Bufferable = 0
Modifiable = 0
Read-Allocate = 0
Write-Allocate = 0

2. 1111 - 完全缓存模式

含义：可缓冲，可修改，读分配，写分配。
使用场景：
- 常规内存访问：适用于大多数普通内存访问，通过缓存机制提高性能。
- 频繁访问的数据：例如，常驻内存中的数据结构或缓存行。

CACHE = 0b1111
Bufferable = 1
Modifiable = 1
Read-Allocate = 1
Write-Allocate = 1

3. 0011 - 不可缓冲但可读写分配

含义：不可缓冲，不可修改，读分配，写分配。
使用场景：
- 只读数据的初始化：例如，从外部存储读取数据到内存。
- 读多写少的数据：例如，某些配置数据需要频繁读取但不经常修改。

CACHE = 0b0011
Bufferable = 0
Modifiable = 0
Read-Allocate = 1
Write-Allocate = 1

4. 0110 - 可修改并可读分配

含义：不可缓冲，可修改，读分配，不写分配。
使用场景：
- 只读缓存数据：适用于读取频繁但不需要写入缓存的数据，例如某些常量表。
- 不可变数据的缓存：例如，程序代码或不可变的数据结构。

CACHE = 0b0110
Bufferable = 0
Modifiable = 1
Read-Allocate = 1
Write-Allocate = 0

5. 1001 - 可缓冲但仅写分配

含义：可缓冲，不可修改，不读分配，写分配。
使用场景：
- 缓冲写入操作：适用于写入操作需要缓冲但读取不需要的场景，例如日志数据或临时数据。
- 数据流写入：例如，从传感器读取的数据直接写入内存。

CACHE = 0b1001
Bufferable = 1
Modifiable = 0
Read-Allocate = 0
Write-Allocate = 1

6. 1100 - 可缓冲并可修改但不分配

含义：可缓冲，可修改，不读分配，不写分配。
使用场景：
- 短期数据缓存：适用于需要暂时存储并可能被修改的数据，例如数据处理中间结果。
- 数据交换缓冲：例如，多处理器之间的共享数据缓冲。

CACHE = 0b1100
Bufferable = 1
Modifiable = 1
Read-Allocate = 0
Write-Allocate = 0

使用场景总结

直接访问外设：0000完全非缓存模式，确保数据直接写入设备。
频繁访问的数据：1111完全缓存模式，通过缓存提高访问速度。
初始化和配置数据：0011不可缓冲但可读写分配模式，适合读取频繁但写入不多的数据。
只读缓存数据：0110可修改并可读分配模式，适合读取频繁且不需要写入的数据。
缓冲写入操作：1001可缓冲但仅写分配模式，适合需要缓冲的写入操作。
短期数据缓存：1100可缓冲并可修改但不分配模式，适合需要暂时存储并可能被修改的数据。

具体示例

示例1：内存映射I/O设备

CACHE = 0b0000
Bufferable = 0
Modifiable = 0
Read-Allocate = 0
Write-Allocate = 0

适用于直接访问设备寄存器，例如写入配置寄存器。

示例2：常驻内存中的数据结构

CACHE = 0b1111
Bufferable = 1
Modifiable = 1
Read-Allocate = 1
Write-Allocate = 1

适用于频繁访问的数据结构，例如操作系统的内存管理结构。

示例3：程序代码

CACHE = 0b0110
Bufferable = 0
Modifiable = 1
Read-Allocate = 1
Write-Allocate = 0

适用于只读数据，例如程序代码或不可变的数据表。

协议补充

以下是AMBA5 AXI协议的规范关于事务属性和内存类型部分的一些介绍。

AXI4协议引入了新名称，用于由AxCACHE编码识别的内存类型。下表显示了AXI4 AxCACHE编码及其关联的内存类型，一些内存类型在AXI3中有不同的编码。

Device Non-bufferable

设备非缓冲型内存所需行为：

写响应必须从最终目的地获取。
读数据必须从最终目的地获取。
事务是不可修改的，见 A4-64 页上的不可修改事务。
读操作不得预取。写操作不得合并。

Device Bufferable

设备缓冲型内存所需行为：

写响应可以从中间点获取。
写事务必须及时在最终目的地可见，如 A4-74 页上的事务缓冲定义。
读数据必须从最终目的地获取。
事务是不可修改的，见 A4-64 页上的不可修改事务。
读操作不得预取。写操作不得合并。

注意：两种设备内存类型都是不可修改的。在此协议规范中，设备内存和不可修改内存这两个术语是可以互换的。对于读事务，设备非缓冲型和设备缓冲型内存类型所需的行为没有区别。

Normal Non-cacheable Non-bufferable

普通非缓存非缓冲型内存所需行为：

写响应必须从最终目的地获取。
读数据必须从最终目的地获取。
事务是可修改的，见 A4-65 页上的可修改事务。
写操作可以合并。

Normal Non-cacheable Bufferable

普通非缓存缓冲型内存所需行为：

写响应可以从中间点获取。
写事务必须及时在最终目的地可见，如 A4-74 页上的事务缓冲定义。没有机制确定写事务何时在其最终目的地可见。
读数据必须从以下来源获取：
- 最终目的地
- 向最终目的地进展的写事务
如果读数据是从写事务中获取的：
- 它必须从写事务的最新版本中获取。
- 数据不得被缓存以服务于后续的读操作。
事务是可修改的，见 A4-65 页上的可修改事务。
写操作可以合并。

注意：对于普通非缓存缓冲型读事务，数据可以从仍在向最终目的地进展的写事务中获取。此数据与同时到达最终目的地的读写事务无法区分。以这种方式返回的读数据并不表示写事务在最终目的地可见。

Write-Through No-Allocate

写直达无分配内存类型所需行为：

写响应可以从中间点获取。
写事务必须及时在最终目的地可见，如 A4-74 页上的事务缓冲定义。没有机制确定写事务何时在其最终目的地可见。
读数据可以从中间缓存副本中获取。
事务是可修改的，见 A4-65 页上的可修改事务。
读操作可以预取。
写操作可以合并。
读写事务都需要进行缓存查找。
无分配属性是一个分配提示，即出于性能原因，建议不分配这些事务。但是，不禁止分配读写事务。

Write-Through Read-Allocate

写直达读分配内存类型所需行为与写直达无分配内存相同。但在此情况下，分配提示是出于性能原因：

建议分配读事务。
不建议分配写事务。

Write-Through Write-Allocate

写直达写分配内存类型所需行为与写直达无分配内存相同。但在此情况下，分配提示是出于性能原因：

不建议分配读事务。
建议分配写事务。

Write-Through Read and Write-Allocate

写直达读写分配内存类型所需行为与写直达无分配内存相同。但在此情况下，分配提示是出于性能原因：

建议分配读事务。
建议分配写事务。

Write-Back No-Allocate

写回无分配内存类型所需行为：

写响应可以从中间点获取。
写事务不需要在最终目的地可见。
读数据可以从中间缓存副本中获取。
事务是可修改的，见 A4-65 页上的可修改事务。
读操作可以预取。
写操作可以合并。
读写事务都需要进行缓存查找。
无分配属性是一个分配提示，即出于性能原因，建议不分配这些事务。但是，不禁止分配读写事务。

Write-Back Read-Allocate

写回读分配内存类型所需行为与写回无分配内存相同。但在此情况下，分配提示是出于性能原因：

建议分配读事务。
不建议分配写事务。

Write-Back Write-Allocate

写回写分配内存类型所需行为与写回无分配内存相同。但在此情况下，分配提示是出于性能原因：

不建议分配读事务。
建议分配写事务。

Write-Back Read and Write-Allocate

写回读写分配内存类型所需行为与写回无分配内存相同。但在此情况下，分配提示是出于性能原因：

建议分配读事务。
建议分配写事务。

内存属性更改问题

特定内存区域的属性可以从一种类型更改为另一种不兼容的类型。例如，属性可以从写直达可缓存更改为普通非缓存。这种更改需要一个适当的过程来执行更改。通常，执行以下过程：

所有管理器停止访问该区域。
一个管理器执行所需的任何缓存维护操作。
所有管理器重新启动访问内存区域，使用新的属性。

遗留问题

由于AXI3和AXI4总线协议中关于AxCACHE的标志有变化，因此在文档中补充说明：Arm认为大多数实现的AXI3互连支持所需的AXI4行为。此规范强烈建议任何新的AXI3设计实现AXI4的要求。对于AxCACHE位名称和内存类型名称，AXI4需要使用新术语，AXI3组件可以使用AXI3或AXI4的名称。

【芯片设计】AXI协议中那些“先不管”信号——AxCACHE