在cache的相关操作中，cache控制器需要根据需求做出许多不同的选择。例如：
- 分配策略
是否需要将数据从主存中分配到cache中；
- 替换策略
组相联cache中，所有的way都已经有填充数据了，miss时决定替换掉哪一个way的cacheline；
- 写策略
cache收到处理器内核的写请求时，相应的cache行为，例如是否先写到cache中，等到实在有必要时再写入到主存中。
分配策略
当处理器内核对cache发起读写访问时，如果该访问的请求数据不在cache中时，cache控制器必须决定是否要将数据linefill到cache中，并将相应的tag也linefill到cache中 。
- read allocate
仅在读cache时分配cacheline。如果是写请求并且cache miss，则直接将数据写入到主存中，cache不受影响。
- write allocate
更准确的说法应该是读写分配策略，在cache读或者cache写，并且miss时为该数据分配cacheline。该分配策略通常与处理器内核write-back写策略配合使用 。
替换策略
基于前面提到的分配策略，当cache未命中时，cache控制器必须为该数据分配一个cacheline。被选择的cacheline就是victim。如果victim包含有效的dirty数据，则必须先将该cacheline的内容写入主存，然后才能将新数据linefill到victim cacheline。整个替换的过程称为eviction。
替换策略控制着victim选择的过程，从备选的cache line中选择哪个cache line的策略。
- Round-robin替换策略
会有一个victim counter，然后进行周期循环，选择相应的cache line，重点是实现公平性 。
- Pseudo-random替换策略
随机选择一个cacheline进行替换。
- Least Recently Used（LRU）替换策略
用于替换最近最少使用的cacheline。
写策略
当处理器内核执行store指令时，会对写入的地址执行cacheline的hit-miss check 。如果cache写 hit，cache会有两种选择 。
- Write-through
这意味着cache和主存保持一致。由于在cache hit时直接对主存进行写入操作，相同的内存区域可能被频繁更新，Write-through策略通常比write-back策略要慢 。当然，目前写入不会直接写入到主存，会通过在cache和主存之间插入write buffer来隐藏往主存写数据的latency。如果我们预期不会马上访问这个数据，建议可以采用Write-through策略，不要将该数据填入到cache中 。
- Write-back
在这种情况下，只对cache执行写操作，而不是直接对主存执行写操作。这意味着cache和主存中可以包含不同的数据。cache保存较新的数据，而主存保存包含较旧的数据 。
为了标记这些cacheline的新旧状态，每一个cacheline都有一个相关的dirty比特。当发生cache数据更新而不写入主存时，就会设置脏位。如果cache后来需要evict设置了dirty比特的cacheline，就需要将该cache line的数据写入主存。使用write-back写策略的可以显著减少对外部内存的访问，从而提高性能并节省功耗。但是，如果系统中有其他IP可以同时访问相同地址内存，则必须考虑cache一致性问题。
作者：验证哥布林
来源：芯片验证工程师
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