新聞中心

EEPW首頁 > 嵌入式系統(tǒng) > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > ARM處理器架構(gòu)-----協(xié)處理器

ARM處理器架構(gòu)-----協(xié)處理器

作者: 時(shí)間:2016-11-09 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
ARM指令集-協(xié)處理器指令詳解

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201611/317952.htm

ARM可支持多達(dá)16個(gè)協(xié)處理器,主要的作用:ARM處理器初始化,ARM與協(xié)處理器的數(shù)據(jù)處理操作,ARM的寄存器與協(xié)處理器的寄存器之間傳送數(shù)據(jù),以及ARM協(xié)處理器的寄存器和存儲器之間傳送數(shù)據(jù)。共有5條:

-CDP 協(xié)處理器數(shù)據(jù)操作指令

-LDC 協(xié)處理器數(shù)據(jù)加載指令

-STC 協(xié)處理器數(shù)據(jù)存儲指令

-MCR ARM的寄存器到協(xié)處理器的寄存器的數(shù)據(jù)傳送

-MRC 協(xié)處理器的寄存器到ARM的寄存器的數(shù)據(jù)傳送

1、CDP 指令

CDP 指令的格式為:

CDP{條件} 協(xié)處理器編碼,協(xié)處理器操作碼1,目的寄存器,源寄存器1,源寄存器2,協(xié)處理器操作碼2。

CDP 指令用于ARM 處理器通知ARM 協(xié)處理器執(zhí)行特定的操作,若協(xié)處理器不能成功完成特定的操作,則產(chǎn)生未定義指令異常。其中協(xié)處理器操作碼1 和協(xié)處理器操作碼2 為協(xié)處理器將要執(zhí)行的操作,目的寄存器和源寄存器均為協(xié)處理器的寄存器,指令不涉及ARM 處理器的寄存器和存儲器。

指令示例:

CDP P3 , 2 , C12 , C10 , C3 , 4 ;該指令完成協(xié)處理器 P3 的初始化

2、LDC 指令

LDC 指令的格式為:

LDC{條件}{L} 協(xié)處理器編碼,目的寄存器,[源寄存器]

LDC 指令用于將源寄存器所指向的存儲器中的字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到目的寄存器中,若協(xié)處理器不能成功完成傳送操作,則產(chǎn)生未定義指令異常。其中,{L}選項(xiàng)表示指令為長讀取操作,如用于雙精度數(shù)據(jù)的傳輸。

指令示例:

LDC P3 , C4 , [R0] ;將 ARM 處理器的寄存器 R0 所指向的存儲器中的字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到協(xié)處理器 P3 的寄存器 C4 中。

3、STC 指令

STC 指令的格式為:

STC{條件}{L} 協(xié)處理器編碼,源寄存器,[目的寄存器]

STC 指令用于將源寄存器中的字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到目的寄存器所指向的存儲器中,若協(xié)處理器不能成功完成傳送操作,則產(chǎn)生未定義指令異常。其中,{L}選項(xiàng)表示指令為長讀取操作,如用于雙精度數(shù)據(jù)的傳輸。

指令示例:

STC P3 , C4 , [R0] ;將協(xié)處理器 P3 的寄存器 C4 中的字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到 ARM 處理器的寄存器R0 所指向的存儲器中。

4、MCR 指令

MCR 指令的格式為:

MCR{條件} 協(xié)處理器編碼,協(xié)處理器操作碼1,源寄存器,目的寄存器1,目的寄存器2,協(xié)處理器操作碼2。

MCR 指令用于將ARM 處理器寄存器中的數(shù)據(jù)傳送到協(xié)處理器寄存器中,若協(xié)處理器不能成功完成操作,則產(chǎn)生未定義指令異常。其中協(xié)處理器操作碼1 和協(xié)處理器操作碼2 為協(xié)處理器將要執(zhí)行的操作,源寄存器為ARM 處理器的寄存器,目的寄存器1 和目的寄存器2 均為協(xié)處理器的寄存器。

指令示例:

MCR P3 , 3 , R0 , C4 , C5 , 6 ;該指令將 ARM 處理器寄存器 R0 中的數(shù)據(jù)傳送到協(xié)處理器 P3 的寄存器 C4 和 C5 中。

5、MRC 指令

MRC 指令的格式為:

MRC{條件} 協(xié)處理器編碼,協(xié)處理器操作碼1,目的寄存器,源寄存器1,源寄存器2,協(xié)處理器操作碼2。

MRC 指令用于將協(xié)處理器寄存器中的數(shù)據(jù)傳送到ARM 處理器寄存器中,若協(xié)處理器不能成功完成操作,則產(chǎn)生未定義指令異常。其中協(xié)處理器操作碼1 和協(xié)處理器操作碼2 為協(xié)處理器將要執(zhí)行的操作,目的寄存器為ARM 處理器的寄存器,源寄存器1 和源寄存器2 均為協(xié)處理器的寄存器。

指令示例:

MRC P3 , 3 , R0 , C4 , C5 , 6 ;該指令將協(xié)處理器 P3 的寄存器中的數(shù)據(jù)傳送到 ARM 處理器寄存器中.

ARM920T 有兩個(gè)具體協(xié)處理器

1.CP14調(diào)試通信通道協(xié)處理器

調(diào)試通信通道協(xié)處理器DCC(the Debug Communications Channel)提供了兩個(gè)32bits寄存器用于傳送數(shù)據(jù),還提供了6bits通信數(shù)據(jù)控制寄存器控制寄存器中的兩個(gè)位提供目標(biāo)和主機(jī)調(diào)試器之間的同步握手。

此控制寄存器中的兩個(gè)位提供目標(biāo)和主機(jī)調(diào)試器之間的同步握手:

位 1(W 位) 從目標(biāo)的角度表示通信數(shù)據(jù)寫入寄存器是否空閑:

W = 0 目標(biāo)應(yīng)用程序可以寫入新數(shù)據(jù)。

W = 1 主機(jī)調(diào)試器可以從寫入寄存器中掃描出新數(shù)據(jù)。

位 0(R 位) 從目標(biāo)的角度表示通信數(shù)據(jù)讀取寄存器中是否有新數(shù)據(jù):

R = 1 有新數(shù)據(jù),目標(biāo)應(yīng)用程序可以讀取。

R = 0 主機(jī)調(diào)試器可以將新數(shù)據(jù)掃描到讀取寄存器中。

注意

調(diào)試器不能利用協(xié)處理器 14 直接訪問調(diào)試通信通道,因?yàn)檫@對調(diào)試器無意義。 但調(diào)試器可使用掃描鏈讀寫 DCC 寄存器。 DCC 數(shù)據(jù)和控制寄存器可映射到 EmbeddedICE 邏輯單元中的地址。 若要查看 EmbeddedICE 邏輯寄存器,請參閱您的調(diào)試器和調(diào)試目標(biāo)的相關(guān)文檔。

通信數(shù)據(jù)讀取寄存器

用于接收來自調(diào)試器的數(shù)據(jù)的 32 位寬寄存器。 以下指令在 Rd 中返

回讀取寄存器的值:

MRC p14, 0, Rd, c1, c0

通信數(shù)據(jù)寫入寄存器

用于向調(diào)試器發(fā)送數(shù)據(jù)的 32 位寬寄存器。 以下指令將 Rn 中的值寫

到寫入寄存器中:

MCR p14, 0, Rn, c1, c0

注意

有關(guān)訪問 ARM10 和 ARM11 內(nèi)核 DCC 寄存器的信息,請參閱相應(yīng)的技術(shù)參考手冊。 ARM9 之后的各處理器中,所用指令、狀態(tài)位位置以及對狀態(tài)位的解釋都有所不同。

目標(biāo)到調(diào)試器的通信

這是運(yùn)行于 ARM 內(nèi)核上的應(yīng)用程序與運(yùn)行于主機(jī)上的調(diào)試器之間的通信事件順序:

1. 目標(biāo)應(yīng)用程序檢查 DCC 寫入寄存器是否空閑可用。 為此,目標(biāo)應(yīng)用程序使用 MRC 指令讀取調(diào)試通信通道控制寄存器,以檢查 W 位是否已清除。

2. 如果 W 位已清除,則通信數(shù)據(jù)寫入寄存器已清空,應(yīng)用程序?qū)f(xié)處理器14 ,使用 MCR 指令將字寫入通信數(shù)據(jù)寫入寄存器。 寫入寄存器操作會自動(dòng)設(shè)置W 位。如果 W 位已設(shè)置,則表明調(diào)試器尚未清空通信數(shù)據(jù)寫入寄存器。此時(shí),如果應(yīng)用程序需要發(fā)送另一個(gè)字,它必須輪詢 W 位,直到它已清除。

3. 調(diào)試器通過掃描鏈 2 輪詢通信數(shù)據(jù)控制寄存器。 如果調(diào)試器發(fā)現(xiàn) W 位已設(shè)置,則它可以讀 DCC 數(shù)據(jù)寄存器,以讀取應(yīng)用程序發(fā)送的信息。 讀取數(shù)據(jù)的進(jìn)程會自動(dòng)清除通信數(shù)據(jù)控制寄存器中的 W 位。

以下代碼顯示了這一過程

AREA OutChannel, CODE, READONLY

ENTRY

MOV r1,#3 ; Number of words to send

ADR r2, outdata ; Address of data to send

pollout

MRC p14,0,r0,c0,c0 ; Read control register

TST r0, #2

BNE pollout ; if W set, register still full

write

LDR r3,[r2],#4 ; Read word from outdata

; into r3 and update the pointer

MCR p14,0,r3,c1,c0 ; Write word from r3

SUBS r1,r1,#1 ; Update counter

BNE pollout ; Loop if more words to be written

MOV r0, #0x18 ; Angel_SWIreason_ReportException

LDR r1, =0x20026 ; ADP_Stopped_ApplicationExit

SVC 0x123456 ; ARM semihosting (formerly SWI)

outdata

DCB "Hello there!"

END

調(diào)試器到目標(biāo)的通信

這是運(yùn)行于主機(jī)上的調(diào)試器向運(yùn)行于內(nèi)核上的應(yīng)用程序傳輸消息的事件順序:

1. 調(diào)試器輪詢通信數(shù)據(jù)控制寄存器的 R 位。 如果 R 位已清除,則通信數(shù)據(jù)讀取寄存器已清空,可將數(shù)據(jù)寫入此寄存器,以供目標(biāo)應(yīng)用程序讀取。

2. 調(diào)試器通過掃描鏈 2 將數(shù)據(jù)掃描到通信數(shù)據(jù)讀取寄存器中。 此操作會自動(dòng)設(shè)置通信數(shù)據(jù)控制寄存器中的 R 位。

3. 目標(biāo)應(yīng)用程序輪詢通信數(shù)據(jù)控制寄存器中的 R 位。 如果該位已經(jīng)設(shè)置,則通信數(shù)據(jù)讀取寄存器中已經(jīng)有數(shù)據(jù),應(yīng)用程序可使用 MRC 指令從協(xié)處理器14 讀取該數(shù)據(jù)。 同時(shí),讀取指令還會清除 R 位。

以下顯示的目標(biāo)應(yīng)用程序代碼演示了這一過程

AREA InChannel, CODE, READONLY

ENTRY

MOV r1,#3 ; Number of words to read

LDR r2, =indata ; Address to store data read

pollin

MRC p14,0,r0,c0,c0 ; Read control register

TST r0, #1

BEQ pollin ; If R bit clear then loop

read

MRC p14,0,r3,c1,c0 ; read word into r3

STR r3,[r2],#4 ; Store to memory and

; update pointer

SUBS r1,r1,#1 ; Update counter

BNE pollin ; Loop if more words to read

MOV r0, #0x18 ; Angel_SWIreason_ReportException

LDR r1, =0x20026 ; ADP_Stopped_ApplicationExit

SVC 0x123456 ; ARM semihosting (formerly SWI)

AREA Storage, DATA, READWRITE

indata

DCB "Duffmessage#"

END

CP15系統(tǒng)控制協(xié)處理器

CP15 —系統(tǒng)控制協(xié)處理器 (the system control coprocessor)他通過協(xié)處理器指令MCR和MRC提供具體的寄存器來配置和控制caches、MMU、保護(hù)系統(tǒng)、配置時(shí)鐘模式(在bootloader時(shí)鐘初始化用到)

CP15的寄存器只能被MRC和MCR(Move to Coprocessor from ARM Register )指令訪問

MCR{cond} p15,,,,,

MRC{cond} p15,,,,,

其中L位用來區(qū)分MCR(L=1)和MRC(L=0)操作. CP15包括15個(gè)具體的寄存器如下

-R0:ID號寄存器

-R0:緩存類型寄存器

-R1:控制寄存器

-R2:轉(zhuǎn)換表基址寄存器(Translation Table Base --TTB)

-R3:域訪問控制寄存器(Domain access control )

-R4:保留

-R5:異常狀態(tài)寄存器(fault status -FSR)

-R6:異常地址寄存器(fault address -FAR)

-R7:緩存操作寄存器

-R8:TLB操作寄存器

-R9:緩存鎖定寄存器

-R10:TLB 鎖定寄存器

-R11-12&14:保留

-R13:處理器ID

-R15:測試配置寄存器 2-24

要注意有2個(gè)R0,根據(jù)MCR操作數(shù)的不同傳送不同的值,這也一個(gè)只讀寄存器

-R0:ID號寄存器 這是一個(gè)只讀寄存器,返回一個(gè)32位的設(shè)備ID號,具體功能參考ARM各個(gè)系列型號的的CP15 Register 0說明.

MRC p15, 0, , c0, c0, {0, 3-7} ;returns ID

以下為CP15的一些應(yīng)用示例

U32 ARM_CP15_DeviceIDRead(void)

{

U32 id;

__asm { MRC P15, 0, id, c0, c0; }

return id;

}

void ARM_CP15_SetPageTableBase(P_U32 TableAddress)

{

__asm { MCR P15, 0, TableAddress, c2, c0, 0; }

}

void ARM_CP15_SetDomainAccessControl(U32 flags)

{

__asm { MCR P15, 0, flags, c3, c0, 0; }

}

void ARM_CP15_ICacheFlush()

{

unsigned long dummy;

__asm { MCR p15, 0, dummy, c7, c5, 0; }

}

void ARM_CP15_DCacheFlush()

{

unsigned long dummy;

__asm { MCR p15, 0, dummy, c7, c6, 0; }

}

void ARM_CP15_CacheFlush()

{

unsigned long dummy;

__asm { MCR p15, 0, dummy, c7, c7, 0; }

}

void ARM_CP15_TLBFlush(void)

{

unsigned long dummy;

__asm { MCR P15, 0, dummy, c8, c7, 0; }

}

void ARM_CP15_ControlRegisterWrite(U32 flags)

{

__asm { MCR P15, 0, flags, c1, c0; }

}

void ARM_CP15_ControlRegisterOR(U32 flag)

{

__asm {

mrc p15,0,r0,c1,c0,0

mov r2,flag

orr r0,r2,r0

mcr p15,0,r0,c1,c0,0

}

}

void ARM_CP15_ControlRegisterAND(U32 flag)

{

__asm {

mrc p15,0,r0,c1,c0,0

mov r2,flag

and r0,r2,r0

mcr p15,0,r0,c1,c0,0

}

}

void ARM_MMU_Init(P_U32 TableAddress)

{

ARM_CP15_TLBFlush();

ARM_CP15_CacheFlush();

ARM_CP15_SetDomainAccessControl(0xFFFFFFFF);

ARM_CP15_SetPageTableBase(TableAddress);

}

void Enable_MMU (void)

{

__asm {

mrc p15,0,r0,c1,c0,0

mov r2, #0x00000001

orr r0,r2,r0

mcr p15,0,r0,c1,c0,0

}

printf("MMU enabledn");

}

void Disable_MMU (void)

{

__asm {

mrc p15,0,r0,c1,c0,0

mov r2, #0xFFFFFFFE

and r0,r2,r0

mcr p15,0,r0,c1,c0,0

}

printf("MMU disabledn");

}



評論


技術(shù)專區(qū)

關(guān)閉