ARM CPU write streaming模式介绍

ARM Neoverse CPU core支持write steaming模式，例如Neoverse N2、N3、V2、V3 core等都支持write streaming模式。

1. write streaming介绍

write streaming模式也叫做read allocate模式，就是将数据直接写入到某一级cache中。

当L1/L2 cache发生读miss或者写miss时，cacheline会被分配到L1/L2 cache。然而，写大块的数据有时会污染cache，也会浪费功耗和性能，因为cacheline数据会被接下来的写操作覆盖掉（例如使用memset、memcpy函数时）。

在一些情况下，cacheline的写分配是不需要的。例如，执行C标准库里的函数memset（）来将一大块的内存清除为已知值时。为了避免不必要的cacheline分配，内存系统会检测cpu core是否已连续写入了一组完整的cacheline。如果检测到连续的完整cacheline的写操作到达一定阈值，那么系统就会切换到write streaming模式。也就是说，ReadUnique + WriteBackFull操作在达到一定阈值时，会变为WriteUniqueFull操作。

在write streaming模式下，load操作表现正常，仍然可以引发cacheline填充。写入操作仍会在缓存中查找，但如果miss的话，则会写入L2 cache或系统，而不是进行cacheline填充。

write streaming模式会一直保持使能，直到检测到以下任意一个：

1. 检测到cacheable写操作不是完整的cacheline，即不是64 Byte写操作；

2. 检测到接下来的load操作的cacheline地址与outstanding write stream的地址相同。

2. write streaming寄存器

用户可以配置触发write streaming的阈值，也可以关闭write streaming模式。

以ARM N2 core为例，寄存器IMP_CPUECTLR_EL1里的相关域段如下：

WS_THR_L2控制write stream到L2 cache的阈值，默认值是256B。

WS_THR_L3控制write stream到L3（即SLC） cache的阈值，默认值是256KB。

WS_THR_L4控制write stream到L4 cache的阈值，默认值是512KB。

WS_THR_DRAM控制write stream到DDR RAM阈值，默认值是1MB。

参考：

Arm Neoverse N2/N3 Core TRM

Arm Neoverse V2/V3 Core TRM