PowerPC PPC460-S MMU(六 Shadow TLB)

Overview

在文章一中也已经简单介绍了TLB的定义、属性，以及UTLB与Shadow TLB区别。
本文将单独介绍一下Shadow TLB的特性。

UTLB

所谓UTLB这里指的是对于MMU的基本的64个页表Entry的集合。

Shadow TLB

由文章一也知道，ShadowTLB只是为了提高页表的命中效率，在硬件资源级别上的一个
类似于Cache的常用TLB缓存，之所以说是影子TLB，因为这些缓存的TLB的值其实都来自
于UTLB（也就是说，Shadow TLB的值是UTLB的子集）

DTLB and ITLB

由于PPC460S为了避免取指与取值的混乱，同样拥有两组Shadow TLB；
一组为DTLB（Data Shadow TLB），可以缓存8个数据TLB Entry;
一组为ITLB（Instruction Shadow TLB），可以缓存4个指令TLB Entry；

只要取指或取值的Entry能够在Shadow TLB中命中，那么指令执行过程基本不会存在
延时；而如果请求的地址在Shadow TLB中没有找到，UTLB的查找就会有效，同时当
前指令取指或数据访问会自动停止，在UTLB中找到后重新取指取值（当然，这种情况
下会比直接查找UTLB浪费3个指令周期）；如果在UTLB中也没有找到的话，内核会收
到缺页异常。

Updation

看到这么好的设计，问题也就来了，这些影子TLB组如何更新呢？
其实，之前也有提到，Shadow TLB是一种硬件内核资源，也就是说它的替换或者更新
其实均由硬件完成（基于一种Round-robin机制）。
当shadow TLB发生缺页而却在UTLB中命中，硬件会自动将其中最老的缓存替换为当前
的一个TLB entry来缓存；

另外，当发生系统上下文同步时，硬件会自动失效所有影子TLB的Entry缓存；
常见的上下文同步指令如下：

• 中断
• isync指令
• rfi(退出外部中断）或rfci(退出关键中断）
• sc系统调用指令

注意：
有一些操作可能不会引起硬件自动执行上下文同步。例如，当我们通过tlbwe指令
更新UTLB页表时，硬件并不会自动执行上下文同步，也就是不会自动失效影子寄存器
里所有的页表缓存（如果影子缓存中有已经失效的页表的话，在未发现之前如果存在新
的访问的话就可能导致未知的问题）；如果要想使UTLB的更新或者相关的PID的更新能
够在Shadow TLB中立即得到体现（保证不会缓存过时失效的页表），就需要软件主动
执行上下文同步操作（调用相关的指令），而且还需要保证在调用指令之前，不要存在
UTLB的任何访问操作（也就是说更新完，同步指令必须立即执行）。