L1P（direct mapped Cache）

C64x的L1P是直接映射cache（direct mapped）,其为Read Allocate,即只在读操作时才进行cache处理（对于L1P，很好理解，因为不可能产生改变程序的代码）。

从上表可以看出，C64xDSP的一些基本参数。其line size为32字节，而L1P大小为16k字节，故L1P中包含512条32字节的line frame，每条line frame总是映射到内存中的固定地址。这就如下图所示（该图表示了miss 与hit的计算方法）：

内存中的地址0000h到0019h总是映射到0 line frame，而3FE0h到3FFFh总是映射到511line frame，而由于cache用尽了，所以地址4000h到4019又必须映射到0 line frame。注意对于C64x来说，这样的L1P中的一条line frame也就正好包含了一个取址包。

上图中的V bit是一条line frame的有效态位，V=0表示Cache中相应的line frame无效，反之则表示有效。

下图为程序地址在Cache控制器内的结构：

如上图所示，当CPU要读某个地址处的指令时，该地址在Cache中被分为3个部分。其中5到13位表示了该地址所映射到的set（对于直接映射Cache，set=line frame号）。Cache控制器会检查有效位和Tag（14到31位）。所作的具体操作见Figure1-5。如果最后结果为0，则read miss。这时控制器会从内存中取出该指令包，并放入L1P相应line frame中，tag被设定，并且V=1，同时该指令包也会被送入CPU，此时该过程结束。

注意，利用Cache最重要的是保证只要一条line frame的内容还有用，就不要取代它。

解决Cache miss问题的一种方案就是建立包含多条line frame的set。这样内存中多条具有相同Set值的地址下的指令就可以同时存在于Cache中而不会发生冲突，从而使命中率提高。

L1D（2-way set-associative cache）

C64x的L1D是两路set相关的cache，下表为其基本参数：

2-way set-associative cache的每个set包含两条line frame，一条在way 0，另一条在way 1。内存中的每条line实际上还是映射到cache中的一个set中，但可以使way0的line frame，也可以使way1的line frame。

从上表中可以看出C64x的L1D每条line frame为64字节。并且是Read Allocate，Write-back的，这里对此先不做解释。上表还说明当write miss时，L1D通过4x64-bit的write buffer向下级存储器写入数据。

下图为set-associative cache的结构图，图中说明了其hit和miss的确定方法，这其实和direct mapped cache差不多，只是有两次tag比较，来确定需要的数据保存在那一路。

当两路中都不包含所需数据时，就要从内存中取了，而取到的数据应该放到哪一路呢？这就需要LRU（least-recently-used）位了。Cache中每一个set都有一个LRU位，当LRU=0，则数据被映射到way0的line frame中，如果LRU=1，则数据被映射到way1的line frame中。每次访问到某个set中的某路line frame时，如果hit，LRU都会改变一次，来保证most-recently-used位不被取代掉。而当每次某个set miss时LRU都被重新设置为新读入数据的way。而上述机制由程序的局部性决定。注意LRU只在miss发生时被参考，但是却在每次line way访问时（不论miss或hit）都要作相应调整。

前面说到过，L1D是Read Allocate cache，这的意思是cache中的一条line frame只在read miss发生时才会作相应的重新映射操作，而write miss时，只是将数据通过write buffer写入下一级内存中（L2 SDRAM或者外部存储器），这个write buffer包括4条64bit的通路。

同时，因为L1D是Write-back cache，所以当write hit发生时，数据只是写入cache，而不会立即写入对应的下级内存。这样，为了在以后能正确地将修改过的数据写回下级内存，就必须知道cache中的哪条line frame被CPU修改过。所以cache中每条line frame都有一个dirty bit（D）与其相关。Dirty bit的初始值为0，当CPU修改过其数据，则被置位1。当某一条line frame以为read miss而需要被替代时，则会检测其dirty bit，如果它是一条dirty line（D=1），则其内容会先写回下级内存，再被替代；否则（D=0），它的内容会被忽略。这种写回操作也能由程序向cache 控制器发送write back命令来实现。