原创 3.3.3 PCI设备对可Cache的存储器空间进行DMA读写

PCI设备向“可Cache的存储器空间”进行读操作的过程相对简单。对于x86处理器或者PowerPC处理器，如果访问的数据在Cache中命中，CPU会通知FSB总线，PCI设备所访问的数据在Cache中。

首先HOST主桥发起存储器读总线事务，并在Request Phase中，提供地址。Snoop Agent在Snoop Phase进行总线监听，并通过HIT#和HITM#信号将监听结果通知给Response Agent。如果Cache行的状态为E时，Response Agent将提供数据，而CPU不必改变Cache行状态。如果Snoop Agent可以直接将数据提供给HOST主桥，无疑数据访问的延时更短，但是采用这种方法无疑会极大的提高Cache Memory系统的设计难度，因此采用这种数据传送方式的处理器[1]并不多。

如果Cache行的状态为M时，Response Agent在Response Phase阶段，要求Snoop Agents将Cache中数据回写到存储器，并将Cache行状态更改为E。Snoop Agents在Data Phase，将Cache中数据回写给存储器控制器，同时为HOST主桥提供数据。Snoop Agents也可以直接将数据提供给HOST主桥，不需要进行数据回写过程，也不更改Cache行状态，但是采用这种方法会提高Cache Memory系统的设计难度。

如果PCI设备访问的数据没有在Cache中命中，Snoop Agents会通知FSB总线，PCI设备所访问的数据不在Cache中，此时存储器控制器(Response Agent)将在Data Phase向HOST主桥提供数据。

PCI设备向“可Cache的”存储器区域进行写操作，无论对于PowerPC处理器还是x86处理器，都较为复杂。当HOST主桥通过FSB将数据发送给存储器控制器时，在这个系统总线上的所有CPU都需要对这个PCI写操作进行监听，并根据监听结果，合理地改动Cache行状态，并将数据写入存储器。

下文以图3‑7所示的SMP处理器系统为例，说明PCI设备对“可Cache的存储器空间”进行DMA写的实现过程。

在图3‑7所示的处理器系统中，存在4个CPU，这4个CPU通过一条FSB连接在一起，而CPU之间使用MESI协议进行Cache一致性处理，而HOST主桥和存储器控制器与FSB直接相连。HOST主桥向存储器控制器传递数据时，需要处理Cache的一致性。

在这个处理器系统中，当PCI设备，如PCI设备01，进行DMA写操作时，数据将首先到达HOST主桥，而HOST主桥将首先接管该PCI设备数据访问并将其转换为FSB总线事务，并在Request Phase中，提供本次FSB总线事务的地址。CPU将在Snoop Phase对这个地址进行监听，判断当前地址在Cache中的命中情况。

当HOST主桥访问的地址不在Cache中命中时，此时在处理器系统中，所有CPU都没有驱动HIT#和HITM#信号，HIT#和HITM#信号都为1，表示HOST主桥访问的地址没有在CPU的Cache中命中，HOST主桥可以简单地将数据写入存储器。当HOST主桥访问的存储器地址在Cache中命中时，Cache行的状态可以为S、E或者为M，此时处理器系统的处理过程相对较为复杂，下一节将专门讨论这种情况。