工作笔记-----ICache对中文显示的影响问题
工作笔记-----ICache对中文显示的影响问题
@@ Author：明月清了个风
@@ Date：2025.10.7
@@ PS：在开发LCD驱动程序的过程中遇到的一个中文显示问题，硬件为STM32H563，记录现象和解决方法，以供参考
@@ Version：First published date 2025.10.7
现象回顾：ICache 对中文显示的影响
使用 LCD 显示中文时，未开启 ICache（指令缓存）会导致中文无法显示，但代码不报错；而开启 ICache 后一切正常，同样存储在 Flash 中的图片数据（更大的 const 数组）却能正常显示。
在 STM32H563 上开发 LCD 显示功能时，发现一个特殊现象：
- 中文显示依赖字库（const 数组存储在 Flash），未开启 ICache 时无法显示，无报错信息；
- 开启 ICache 后，中文显示恢复正常；
- 同样以 const 数组形式存储在 Flash 中的图片数据，无论是否开启 ICache 都能正常显示。
这一现象涉及 STM32H5 的存储架构、缓存机制及数据访问模式的底层逻辑，下面逐一解析。
核心原因 1：ICache 与 Flash 访问效率的关联
STM32H563 作为高性能 MCU，主频最高可达 250MHz，但其内置 Flash 的物理读取速度无法直接匹配 CPU 高频访问需求。ICache（指令缓存）的作用正是弥补这一差距：
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未开启 ICache 时：CPU 每次访问 Flash 中的数据（如中文字库）都需直接读取 Flash 芯片，而 Flash 读取存在固定延迟（尤其是高频模式下需配置多个等待周期）。对于频繁访问的场景，这种延迟会导致数据无法及时传输到 LCD 控制器。
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开启 ICache 时：ICache 会缓存最近访问的 Flash 数据（包括指令和常量），后续访问相同数据可直接从高速缓存读取，大幅降低访问延迟，确保字库数据能实时供给 LCD 显示。
中文字库作为高频访问的常量数据，对 Flash 访问效率极其敏感，因此成为 ICache 开关影响的“重灾区”。
核心原因 2：中文与图片的访问模式差异
同样是存储在 Flash 中的 const 数组，中文与图片的显示差异本质上源于访问模式的不同：
| 特性 | 中文字库（中文显示） | 图片数据（图片显示） |
|---|---|---|
| 数据单元 | 小字模（如 16x16 字模仅 32 字节） | 连续像素块（通常数十 KB 至 MB） |
| 访问方式 | 离散随机访问（频繁切换字模地址） | 连续顺序访问（从起始到结束不间断） |
| 访问频率 | 极高（每个汉字需逐行解析字模） | 中等（一次性连续传输） |
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图片的连续访问优势：Flash 控制器内置“预取缓冲区”，可自动预加载后续连续数据。图片的连续访问模式能充分利用这一机制，即使无 ICache，也能通过预取优化减少延迟，满足显示需求。
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中文的离散访问劣势：显示一行文字需频繁切换不同字模的地址（如从“你”到“好”），属于随机离散访问。此时预取缓冲区失效，每次访问都需等待 Flash 响应，延迟累积导致数据传输中断，最终无法显示。
验证与解决方案
若需进一步验证上述原理，可通过以下方法测试：
方法 1：强制字库存储到 SRAM
将中文字库从 Flash 移至 SRAM（利用 section 属性），避开 Flash 访问延迟：
// 强制中文字库存储到 SRAM 的 .data 段
unsigned char chinese_font[] __attribute__((section(".data"))) = {// 16x16 "你"字模0x00, 0x00, 0x23, 0xF8, 0x12, 0x08, ...,// 16x16 "好"字模0x00, 0x00, 0x7F, 0xFC, 0x01, 0x00, ...
};
此时即使关闭 ICache，因 SRAM 访问速度远高于 Flash，中文也能正常显示（需注意 SRAM 空间是否充足）。
注意这里字模数据就不能是const了，否则会报错，const类型是存储在.rodata段的。
方法 2：保持 ICache 开启
STM32H5 系列在高频场景下，开启 ICache 是官方推荐的最佳实践：
- 无需修改代码，直接在初始化时使能 ICache：
HAL_ICache_Enable(); // 使能指令缓存 - 既能保证中文显示正常，又能提升整体代码执行效率，且不占用额外 SRAM。
总结
STM32H563 中“中文显示依赖 ICache”的现象，本质是数据访问模式与 Flash 效率不匹配的结果：
- 中文显示的离散、高频小字模访问对延迟极其敏感，依赖 ICache 消除 Flash 读取延迟；
- 图片的连续大块访问可通过 Flash 预取机制优化，对 ICache 依赖较低。
开发中建议保持 ICache 开启，既能充分发挥 STM32H5 的高性能，又能避免类似兼容性问题。理解存储访问特性与缓存机制的关联，能帮助我们更高效地调试嵌入式系统中的“玄学”问题。