ARM系列处理器内存架构示意图：
在ARM多核处理器中，高速缓存一致性通过硬件一致性协议（MESI） 、系统级协调单元（SCU） 、缓存控制器（PL310） 以及 访存执行单元（LSU） 协同实现。以下是各组件的作用详解：
各组件作用对比表
| 组件 | 角色定位 | 核心功能 |
|---|---|---|
| MESI | 缓存一致性协议 | 定义缓存行四种状态（Modified/Exclusive/Shared/Invalid），通过状态转换和总线监听机制确保多核数据一致性 |
| SCU（Snoop Control Unit） | 系统级一致性协调器 | 位于多核互联总线上，仲裁各核心的监听请求，管理跨核一致性事务（L1-L1、L1-L2间），降低总线冲突 |
| PL310 | L2缓存控制器 | 实现共享L2缓存与各核心L1缓存的一致性管理，处理缓存行填充、回写、失效等操作 |
| LSU（Load-Store Unit） | 访存执行单元 | 执行load/store指令，负责地址转换、缓存访问、内存读写等实际数据搬运操作 |
MESI通过总线监听（Snooping）和状态机转换实现一致性：
- Modified（M）：当前核心独占且已修改，其他缓存无效
- Exclusive（E）：当前核心独占但未修改，其他缓存无效
- Shared（S）：多个核心共享该数据，均为只读副本
- Invalid（I）：缓存行无效，需重新加载
关键补充：LSU与LSQ的关系及作用
LSU（Load-Store Unit） 是处理器执行单元的一部分，负责所有访存指令的实际执行，包括：
- 地址计算和虚拟地址到物理地址的转换（通过MMU）
- 访问L1数据缓存（命中时直接读取/写入）
- 处理缓存缺失（触发缓存行填充）
- 执行内存屏障指令
- 与SCU交互完成一致性操作
LSQ（Load-Store Queue） 是LSU内部的一个关键子模块，专门负责：
- 访存指令重排序管理：在乱序执行中，跟踪load/store指令的依赖关系，确保程序顺序语义
- 写缓冲区管理：store指令先暂存在LSQ的写缓冲区，待提交时再更新缓存（避免过早暴露写操作）
- 内存屏障处理：执行DMB/DSB等屏障指令时，清空LSQ确保屏障前的所有访存完成
- 数据转发：检测store-load转发机会，避免不必要的缓存访问
关系说明：LSQ是LSU的组成部分，LSU是执行访存指令的完整功能单元，而LSQ专门处理访存指令的调度和顺序问题。在一致性机制中，LSU负责执行具体的缓存访问操作（如发起监听请求、更新缓存行状态），而LSQ确保这些操作的执行顺序符合内存模型要求。
完整一致性工作流程（以写操作为例）
- Core0执行store指令：LSU计算地址，检查L1缓存状态
- LSQ管理顺序：若存在依赖关系，LSQ会hold该store指令，等待前序访存完成
- 发起一致性请求：若缓存行处于Shared状态，LSU通过SCU向总线广播"读-修改所有权"请求
- SCU协调：SCU仲裁请求，向其他核心发送监听消息
- 其他核心响应：其他核心的LSU监听到请求，将对应缓存行标记为Invalid，通过SCU返回响应
- 状态转换：Core0获得独占权，缓存行状态变为Modified
- 数据写入：LSU将数据写入L1缓存（或LSQ的写缓冲区，待提交时更新）
- PL310参与：若涉及L2缓存，PL310会跟踪L2缓存行的状态，必要时进行回写或失效操作
重要说明
- SCU的定位：SCU（Snoop Control Unit）不是专门针对L1缓存进行一致性管理的单元，而是系统级的跨核一致性协调器，负责管理所有缓存层次（包括L1、L2甚至L3）之间的全局一致性事务。
- LSU与LSQ的层级关系：LSQ是LSU内部的子模块，两者共同完成访存指令的执行和顺序管理
- PL310的作用范围：PL310主要管理共享L2缓存的一致性，与各核心的L1缓存控制器（实现MESI）协同工作
- MESI协议的基础性：MESI定义了缓存行的状态规则，所有其他组件（SCU、PL310、LSU）都需要遵循该协议进行状态转换
总结：MESI协议提供状态机规则，SCU协调跨核一致性事务，PL310管理L2缓存一致性，LSU执行实际访存操作，LSQ（作为LSU的一部分）保障访存顺序。五者协同工作，在保证数据一致性的同时最大化多核性能。
注：不同ARM处理器型号的具体实现可能有所差异，但上述组件的基本功能定位和协作关系是通用的设计原则。