在微控制器尺寸和成本的限制下，M4K內核內部不支持指令高速緩存(I-cache)或數據高速緩存(D-cache)的標準功能。本文重點討論的一個內容--SRAM接口，這是MIPS32 M4K內核的一個標準功能。

M4K內核SRAM接口基本描述
M4K內核SRAM接口是M4K內核的通用高速存儲器接口。它可為指令存儲器和數據存儲器路徑提供低延遲接口，支持單周期和多周期存儲器存取。必須指出，SRAM接口不能直接與外部存儲器件連接，若要實現外部存儲連接，需使用一個外部存儲控制器。必須使用固定映射表(FMT)和SRAM接口，以提供完整的存儲器控制邏輯。一種是置于CPU與主存間的高速緩存，它有兩種規格：一種是固定在主板上的高速緩存(Cache Memory );另一種是插在卡槽上的COAST(Cache On A Stick)擴充用的高速緩存，另外在CMOS芯片1468l8的電路里，它的內部也有較小容量的128字節SRAM，存儲我們所設置的配置數據。還有為了加速CPU內部數據的傳送，自80486CPU起，在CPU的內部也設計有高速緩存，故在Pentium CPU就有所謂的L1 Cache(一級高速緩存)和L2Cache(二級高速緩存)的名詞，一般L1 Cache是內建在CPU的內部，L2 Cache是設計在CPU的外部，但是Pentium Pro把L1和L2 Cache同時設計在CPU的內部，故Pentium Pro的體積較大。Pentium II又把L2 Cache移至CPU內核之外的黑盒子里。SRAM顯然速度快，不需要刷新的操作，但是也有另外的缺點，就是價格高，體積大，所以在主板上還不能作為用量較大的主存。

雙模操作

SRAM接口的初始配置稱為雙模。在這種模式下，指令和數據通道彼此隔離。數據有獨立的讀寫總線(D-SRAM)，還有D-SRAM接口控制信號和一個獨立的指令側(I-SRAM)接口，以及其互補I-SRAM控制信號。

雙模有助于I-SRAM和D-SRAM接口的同步處理，消除任何可能出現在公用總線接口上的延遲，防止其減緩程序的執行。在這個模式下，內核可達到1.5 DMIPS/MHz的標稱性能。雙模結構如圖1所示。

標準模式

標準模式是標準接口的一個配置選項，在這種模式下，為了節省必須從內核發送的信號總數，I-SRAM和D-SRAM信號合并在一起。除了數據寫總線外，D-SRAM接口是完全禁用的，所有數據讀周期都自動改變方向，以使用I-SRAM讀總線。

在該模式中，內核的平均性能大概是1.2 DMIPS/MHz。然而，由SRAM接口內核暴露的活躍信號總數是122個，比雙模節省87個信號。減少接口使用的活躍信號數量，對于成本非常有限、總裸片面積比絕對性能更重要的設計來說，是一種更經濟有效的方式。

SRAM接口標準模式如圖2所示。

處理中斷

SRAM接口提供了中止指令處理的能力，這種能力可中止M4K內核5段流水線中任何指令處理。這有助于外部系統控制器立即響應外部事件，如中斷請求或通過EJTAG調試接口請求。在處理典型微控制器應用中高度確定性性質時，快速響應外部中斷事件至關重要。

對接口信號連接有限的器件提供支持

這個功能通常用于接口外設的總線鎖存和總線停止的組合，如ADC。該類型的混合信號器件通常不提供32位位寬的接口。

總線鎖存和總線停止

SRAM接口提供輸入控制信號，在外部存儲控制器禁用這個信號之前鎖住數據總線，以防止CPU進一步寫處理。由此，可不用擔心多線程存儲周期的損害。SRAM接口還提供控制信號，利于總線停止，使設計師將速度更慢的存儲器和外設連接到系統成為可能。這些器件可包括速度更慢的非易失性RAM和混合信號器件，在將請求的數據傳送到總線之前，它們需要更多的等待時間。

緩存關聯信號

雖然M4K內核不包含任何高速緩存，但仍能指明出現在地址總線上的當前存儲器地址是否可以進行緩存。外部存儲控制器能夠利用這些狀態信號實現L2高速緩存結構。

M4K SRAM接口在微控制器領域的應用

利用上述這些功能，設計師們能夠對于微控制器系統環境中使用M4K SRAM接口的多種優勢有所認識。

首先，緊密耦合的接口意味著大多數處理任務是在單時鐘周期內完成的。除非當設計師執行總線停止時，需要考慮速度較慢的存儲器件的完成周期。而且，連接到該接口的控制邏輯必須只能處理指令和數據，以使整個邏輯設計不那么復雜。另外，可能還要鎖住總線，使原子處理的完成能夠不受排隊周期的影響。SRAM指令執行速度要比DRAM快得多。Cold-Fire5329處理器內部集成了32 KB的SRAM，本設計方案將充分利用處理器片內SRAM來對解碼程序進行優化。首先對源代碼中的主要解碼函數進行分析，如表1所列。可以看到驅動寫函數(write)、子帶綜合(MPEGSUB_synthesis)、反向修正離散余弦變換(imdct_I)和快速離散余弦變換(fast_dct)對處理器資源消耗較大，幾乎占用80%的解碼時間。根據分析結果，分別把音頻驅動程序和上述解碼函數放進SRAM中執行，以提高流媒體解碼器的執行速度，降低其對處理器資源的消耗。

固定映射表(FMT)可減少外部存儲控制器所需的邏輯和解碼量。除了存儲器映像外設，以及對微控制器可用的存儲器件絕對尺寸外，有源區都在定義的邊界之內。

在雙模操作下，指令提取路徑和數據讀/寫路徑是獨立的。這些獨立的數據通道有助于存儲控制器邏輯優化存儲器件的類型和尺寸。

中止流水線中，任何處理的能力都有助于在調試環境中實現快速響應和精確的斷點控制。

基本上，L2緩存可以使用M4K內核的本地信號執行，從而簡化L2緩存控制器。