原创 3.3.2 PCI设备对不可Cache的存储器空间进行DMA读写

在x86处理器和PowerPC处理器中，PCI设备对“不可Cache的存储器空间”进行DMA读写的过程并不相同。其中PowerPC处理器对“不可Cache的存储器空间”进行DMA读写进行了专门的处理，而x86处理器在对这类空间操作时，效率相对较低。

1 x86处理器

x86处理器使用MTRR(Memory Type Range Register)寄存器设置存储器空间的属性，如果存储器空间为“可Cache空间”，x86处理器还可以进一步设置这段空间为“Write Through”、“Write Combining”、“Write Protect”和“Write Back”。但是这些设置与PCI设备进行DMA操作时，是否进行Cache一致性操作并没有直接关系。

在x86处理器系统中，一个PCI设备进行DMA写操作，可以将数据从PCI设备写入到主存储器中。这个数据首先需要通过HOST主桥，然后经过FSB发送到存储器控制器。虽然在x86处理器系统中，CPU知道这个存储器区域是否为“可Cache的”，但是HOST主桥并不知道PCI设备访问的存储器地址是否为“可Cache的”，因此都需要使用“Cache一致”的FSB总线传送事务[1]进行存储器写操作，从而数据在发向FSB时，CPU必须要进行总线监听，通知FSB总线这段空间是“不可Cache的”。

在x86处理器中，PCI设备向不可Cache的存储器空间进行读操作时，CPU也必须进行Cache共享一致性操作，而这种没有必要的Cache共享一致性操作将影响PCI总线的传送效率。当PCI设备所访问的存储器空间没有在CPU的Cache命中时，CPU会通知FSB，数据没有在Cache中命中，此时PCI设备访问的数据将从存储器中直接读出。

x86处理器在前端总线上进行Cache共享一致性操作时，需要使用Snoop Phase，如果PCI设备能事先得知所访问的存储器是“不可Cache的”，就可以不在前端总线上进行Cache共享一致性操作，即FSB总线事务可以不包含Snoop Phase，从而可以提高前端总线的使用效率。但是x86处理器并不支持这种方式。

在x86处理器系统中，无论PCI设备访问的存储器空间是否为“不可Cache的”，都需要进行Cache共享一致性操作。这也是PCI总线在x86处理器使用中的一个问题。而PCIe总线通过在数据报文中设置“Snooping”位解决了这个问题，有关PCIe总线Snooping位的内容参见第6.1.3节。

2 PowerPC处理器

在MPC8548处理器中，HOST主桥可以通过PIWARn寄存器[2]的RTT字段和WTT字段预知PCI设备访问的存储器空间是否为可Cache空间。当HOST主桥访问“不可Cache空间时”，可以使用FSB总线的“不进行Cache一致性”的总线事务。

此时PowerPC处理器不会在FSB总线中进行Cache一致性操作，即忽略FSB总线事务的Snoop Phase。PCI设备进行DMA写时，数据将直接进入主存储器，而PCI设备进行DMA读所读取的数据将直接从主存储器获得。与x86处理器相比，PowerPC处理器可以忽略CPU进行总线监听的动作，从而提高了FSB传送效率。