如何确保代码运行时不会因缓存而导致执行时间发生变化？

Question

在具有硬实时约束的嵌入式应用程序（在 32 位处理器上用 C 语言编写）中，关键代码（特别是中断）的执行时间需要保持恒定。

如何确保代码执行过程中不会引入时间可变性，特别是由于处理器的缓存（无论是 L1、L2 还是 L3）？

请注意，我们关心缓存行为，因为它对执行速度有巨大影响（有时与访问 RAM 相比超过 100:1）。由于特定处理器架构而引入的可变性远不及高速缓存的大小。

Answer 1

如果您能够接触到硬件，或者与能够接触到硬件的人合作，您就可以关闭缓存。有些 CPU 有一个引脚，如果连接到地而不是电源（或者可能是其他方式），将禁用所有内部缓存。这会带来可预测性，但不会带来速度！

如果做不到这一点，也许可以在软件代码的某些地方编写故意用垃圾填充缓存的方法，因此接下来发生的任何事情都可以保证是缓存未命中。如果做得好，这可以提供可预测性，并且也许只能在某些地方完成，因此速度可能比完全禁用缓存更好。

最后，如果速度确实很重要 - 仔细设计软件和数据，就像在古代 8 位 CPU 编程一样 - 保持它足够小，以使其全部适合 L1 缓存。我总是对现在的板载缓存比过去（十年前）小型计算机上的所有 RAM 还要大感到惊讶。但这将是一项艰苦的工作，需要聪明才智。祝你好运！