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五大ARM存儲器之一:協(xié)處理器CP15

作者: 時(shí)間:2016-11-20 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
ARM存儲系統(tǒng)有非常靈活的體系結(jié)構(gòu),可以適應(yīng)不同的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的需要。ARM存儲器系統(tǒng)可以使用簡單的平板式地址映射機(jī)制(就像一些簡單的單片機(jī)一樣,地址空間的分配方式是固定的,系統(tǒng)中各部分都使用物理地址),也可以使用其他技術(shù)提供功能更為強(qiáng)大的存儲系統(tǒng)。比如:

  · 系統(tǒng)可能提供多種類型的存儲器件,如FLASH、ROM、SRAM等;

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201611/318977.htm

  · Caches技術(shù);

· 寫緩存技術(shù)(write buffers);

  · 虛擬內(nèi)存和I/O地址映射技術(shù)。

大多數(shù)的系統(tǒng)通過下面的方法之一實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜存儲系統(tǒng)的管理。

· 使能Cache,縮小處理器和存儲系統(tǒng)速度差別,從而提高系統(tǒng)的整體性能。

   · 使用內(nèi)存映射技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬空間到物理空間的映射。這種映射機(jī)制對嵌入式系統(tǒng)非常重要。通常嵌入式 系統(tǒng)程序存放在ROM/FLASH中,這樣系統(tǒng)斷電后程序能夠得到保存。但是通常ROM/FLASH與SDRAM相比,速度 慢很多,而且基于ARM的嵌入式系統(tǒng)中通常把異常中斷向量表放在RAM中。利用內(nèi)存映射機(jī)制可以滿足這種需 要。在系統(tǒng)加電時(shí),將ROM/FLASH映射為地址0,這樣可以進(jìn)行一些初始化處理;當(dāng)這些初始化處理完成后將 SDRAM映射為地址0,并把系統(tǒng)程序加載到SDRAM中運(yùn)行,這樣很好地滿足嵌入式系統(tǒng)的需要。

  · 引入存儲保護(hù)機(jī)制,增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性。

  · 引入一些機(jī)制保證將I/O操作映射成內(nèi)存操作后,各種I/O操作能夠得到正確的結(jié)果。在簡單存儲系統(tǒng)中, 不存在這樣問題。而當(dāng)系統(tǒng)引入了Cache和write buffer后,就需要一些特別的措施。

在ARM系統(tǒng)中,要實(shí)現(xiàn)對存儲系統(tǒng)的管理通常是使用協(xié)處理器CP15,它通常也被稱為系統(tǒng)控制協(xié)處理器(System Control Coprocessor)。

ARM的存儲器系統(tǒng)是由多級構(gòu)成的,每級都有特定的容量和速度。圖1顯示了存儲器的層次結(jié)構(gòu)。

① 寄存器。處理器寄存器組可看作是存儲器層次的頂層。這些寄存器被集成在處理器內(nèi)核中,在系統(tǒng)中提供最快的存儲器訪問。典型的ARM處理器有多個(gè)32位寄存器,其訪問時(shí)間為ns量級。

  

圖1 存儲器的層次結(jié)構(gòu)

② 緊耦合存儲器TCM。為彌補(bǔ)Cache訪問的不確定性增加的存儲器。TCM是一種快速SDRAM,它緊挨內(nèi)核,并且保證取指和數(shù)據(jù)操作的時(shí)鐘周期數(shù),這一點(diǎn)對一些要求確定行為的實(shí)時(shí)算法是很重要的。TCM位于存儲器地址映射中,可作為快速存儲器來訪問。

 ?、?片上Cache存儲器的容量在8KB~32KB之間,訪問時(shí)間大約為10ns。

  ④ 高性能的ARM結(jié)構(gòu)中,可能存在第二級片外Cache,容量為幾百KB,訪問時(shí)間為幾十ns。

  ⑤ DRAM。主存儲器可能是幾MB到幾十MB的動(dòng)態(tài)存儲器,訪問時(shí)間大約為100ns。

 ?、?后援存儲器,通常是硬盤,可能從幾百M(fèi)B到幾個(gè)GB,訪問時(shí)間為幾十ms。

  注意TCM和SRAM在技術(shù)上相同,但在結(jié)構(gòu)排列上不同;TCM在片上,而SRAM在板上。

協(xié)處理器CP15

  ARM處理器支持16個(gè)協(xié)處理器。在程序執(zhí)行過程中,每個(gè)協(xié)處理器忽略屬于ARM處理器和其他協(xié)處理器的指令。當(dāng)一個(gè)協(xié)處理器硬件不能執(zhí)行屬于它的協(xié)處理器指令時(shí),將產(chǎn)生一個(gè)未定義指令異常中斷,在該異常中斷處理程序中,可以通過軟件模擬該硬件操作。比如,如果系統(tǒng)不包含向量浮點(diǎn)運(yùn)算器,則可以選擇浮點(diǎn)運(yùn)算軟件模擬包來支持向量浮點(diǎn)運(yùn)算。

CP15,即通常所說的系統(tǒng)控制協(xié)處理器(System Control Coprocesssor)。它負(fù)責(zé)完成大部分的存儲系統(tǒng)管理。除了CP15外,在具體的各種存儲管理機(jī)制中可能還會(huì)用到其他的一些技術(shù),如在MMU中除CP15外,還使用了頁表技術(shù)等。

  在一些沒有標(biāo)準(zhǔn)存儲管理的系統(tǒng)中,CP15是不存在的。在這種情況下,針對協(xié)處理器CP15的操作指令將被視為未定義指令,指令的執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知。

  CP15包含16個(gè)32位寄存器,其編號為0~15。實(shí)際上對于某些編號的寄存器可能對應(yīng)多個(gè)物理寄存器,在指令中指定特定的標(biāo)志位來區(qū)分這些物理寄存器。這種機(jī)制有些類似于ARM中的寄存器,當(dāng)處于不同的處理器模式時(shí),某些相同編號的寄存器對應(yīng)于不同的物理寄存器。

CP15中的寄存器可能是只讀的,也可能是只寫的,還有一些是可讀可寫的。在對協(xié)處理器寄存器進(jìn)行操作時(shí),需要注意以下幾個(gè)問題。

  · 寄存器的訪問類型(只讀/只寫/可讀可寫)。

  · 不同的訪問引發(fā)的不同功能。

  · 相同編號的寄存器是否對應(yīng)不同的物理寄存器。

  · 寄存器的具體作用。

CP15寄存器訪問指令

  通常對協(xié)處理器CP15的訪問使用以下兩種指令。

  MCR:將ARM寄存器的值寫入CP15寄存器中;

  MRC:將CP15寄存器的值寫入ARM寄存器中。

  注意通過協(xié)處理器訪問指令CDP、LDC和STC指令對協(xié)處理器CP15進(jìn)行訪問將產(chǎn)生不可預(yù)知的結(jié)果。

  其中,CDP為協(xié)處理器數(shù)據(jù)操作指令,這個(gè)指令初始化一些與協(xié)處理器相關(guān)的操作;

  LDC為一個(gè)或多個(gè)字的協(xié)處理器數(shù)據(jù)讀取指令,此指令從存儲器讀取數(shù)據(jù)到指定的協(xié)處理器中;

  STC為一個(gè)或多個(gè)32位字的協(xié)處理器數(shù)據(jù)寫入指令,此指令初始化一個(gè)協(xié)處理器的寫操作,從給定的協(xié)處理器把數(shù)據(jù)傳送到存儲器中。

指令MCR和MRC指令訪問CP15寄存器使用通用語法。

  語法格式為:

  MCR{《cond》} p15,《opcode1=0》,《Rd》,《CRn》,《CRm》{,《opcode2》}

  MRC{《cond》} p15,《opcode1=0》,《Rd》,《CRn》,《CRm》{,《opcode2》}

  其中:

  《cond》為指令的執(zhí)行條件。當(dāng)《cond》條件域?yàn)榭諘r(shí),指令無條件執(zhí)行;

  《opcode1》在標(biāo)準(zhǔn)的MRC指令中,為協(xié)處理器的《opcode1》,即操作數(shù)1。對于CP15來說,此操作數(shù)恒為0,即0b000。當(dāng)針對CP15的MRC指令中《opcode1》不為0時(shí),指令的操作結(jié)果不可預(yù)知;

  《Rd》為ARM寄存器,在ARM和協(xié)處理器交換數(shù)據(jù)時(shí)使用。在MRC指令中作為目的寄存器,在MCR中作為源寄存器。

  注意r15不能作為ARM寄存器出現(xiàn)在MRC或MCR指令中,如果r15作為《Rd》出現(xiàn)在這里,那么指令的執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知。

  《CRn》是CP15協(xié)處理器指令中用到的主要寄存器。在MRC指令中為源寄存器,在MCR中為目的寄存器。CP15協(xié)處理器的寄存器c0、c1、…、c15均可出現(xiàn)在這里。

  《CRm》是附加的協(xié)處理器寄存器,用于區(qū)分同一個(gè)編號的不同物理寄存器和訪問類型。當(dāng)指令中不需要提供附加信息時(shí),將《CRm》指定為C0,否則指令的操作結(jié)果不可預(yù)知。

  《opcode2》提供附加信息,用于區(qū)分同一個(gè)編號的不同物理寄存器,當(dāng)指令中沒有指定附加信息時(shí),省略《opcode2》或者將其指定為0,否則指令的操作結(jié)果不可預(yù)知。

  MCR和MRC指令只能操作在特權(quán)模式下,如果處理器運(yùn)行在用戶模式,指令的執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知。

  注意在用戶模式下,如果要訪問系統(tǒng)控制協(xié)處理器,通常的做法是由操作系統(tǒng)提供SWI軟中斷調(diào)用來完成系統(tǒng)模式的切換。由于不同型號的ARM處理器對此管理差別很大,所以建議用戶在應(yīng)用時(shí)將SWI作為一個(gè)獨(dú)立的模塊來管理并向上提供通用接口,以屏蔽不同型號處理器之間的差異。

  例1給出了一個(gè)典型的利用SWI進(jìn)行模式切換的例子。

【例1】

  典型的在SWI中進(jìn)行模式切換的例子。利用此例,調(diào)用SWI 0來完成系統(tǒng)模式切換。

  EHT_SWI

  LDR sp,=EHT_Exception_Stack ;更新SWI堆棧指針

  ADD sp,sp,#EXCEPTION_SIZE ;得到棧頂指針

  STMDB sp!,{r0-r2,lr} ;保存程序中用到的寄存器

MRS r0,SPSR ;得到SPSR

  STMDB sp!,{r0} ;保持SPSR

  LDR r0,[lr,#-4] ;計(jì)算SWI指令地址

  BIC r0,r0,#0xFF000000 ;提取中斷向量號

  CMP r0,#MAX_SWI ;檢測中斷向量范圍

  LDRLS pc,[pc,r0,LSL #2] ;如果在范圍內(nèi),跳轉(zhuǎn)到軟中斷向量表

  B EHT_SWI_Exit ;為定義的SWI指令出口

  EHT_Jump_Table

  DCD EHT_SU_Switch

  DCD EHT_Disable_Interrupts

;*********************************************************************************

 ??;用戶可在此添加更多的自定義軟中斷,在此SWI0作為系統(tǒng)保留的軟中斷,調(diào)用例程EHT_SU_Switch,來進(jìn)行模式切換

 ??;*********************************************************************************

  EHT_SU_Switch

  MMU_DISABLE ;轉(zhuǎn)換前禁用MMU

  LDMIA sp!,{r0} ;從堆棧中取出SPSR

  BIC r0,r0,#MODE_MASK ;清除模式位

  ORR r0,r0,#SYS_MODE ;設(shè)置程序狀態(tài)字的supper模式位

  STMDB sp!,{r0} ;從新將SPSR放入堆棧

  B EHT_SWI_Exit

  EHT_Disable_Interrupts

  LDMIA sp!,{r0} ;從堆棧中讀出SPSR

  ORR r0,r0,#LOCKOUT ;禁止中斷

  STMDB sp!,{r0} ;存儲SPSR到中斷

  ; B EHT_SWI_Exit

  EHT_SWI_Exit

  LDMIA sp!,{r0} ;從堆棧中讀出SPSR

  MSR SPSR_cf,r0 ;將SPSR放入SPSR_cf

  LDMIA sp!,{r0-r2,pc}^ ;寄存器出棧并返回

  END

1.2 CP15中的寄存器

  表1給出了CP15主要寄存器的功能和作用。

  表1 CP15寄存器

寄存器編號

基本作用

在MMU中的作用

在PU中的作用

0

ID編碼(只讀)

ID編碼和cache類型

1

控制位(可讀寫)

各種控制位

2

存儲保護(hù)和控制

地址轉(zhuǎn)換表基地址

Cachability的控制位

3

存儲保護(hù)和控制

域訪問控制位

Bufferablity控制位

4

存儲保護(hù)和控制

保留

保留

5

存儲保護(hù)和控制

內(nèi)存失效狀態(tài)

訪問權(quán)限控制位

6

存儲保護(hù)和控制

內(nèi)存失效地址

保護(hù)區(qū)域控制

7

高速緩存和寫緩存

高速緩存和寫緩存控制

8

存儲保護(hù)和控制

TLB控制

保留

9

高速緩存和寫緩存

高速緩存鎖定

10

存儲保護(hù)和控制

TLB鎖定

保留

11

保留

12

保留

13

進(jìn)程標(biāo)識符

進(jìn)程標(biāo)識符

14

保留

15

因不同設(shè)計(jì)而異

因不同設(shè)計(jì)而異

因不同設(shè)計(jì)而異

1.3 寄存器c0
寄存器c0包含的是ARM本身或芯片生產(chǎn)廠商的一些標(biāo)識信息。當(dāng)使用MRC指令讀c0寄存器時(shí),根據(jù)第二個(gè)操作碼opcode2的不同,讀出的標(biāo)識符也是不同的。操作碼與標(biāo)識符的對應(yīng)關(guān)系如表2所示。寄存器c0是只讀寄存器,當(dāng)用MCR指令對其進(jìn)行寫操作時(shí),指令的執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知。
表2 操作碼和標(biāo)識符的對應(yīng)關(guān)系

opcode_2編碼

對應(yīng)的標(biāo)識符號寄存器

0b000

主標(biāo)識符寄存器

0b001

cache類型標(biāo)識符寄存器

其他

保留

在操作碼opcode2的取值中,主標(biāo)識符(opcode2=0)是強(qiáng)制定義的,其他標(biāo)識符由芯片的生產(chǎn)廠商定義。如果操作碼opcode2指定的值未定義,指令將返回主標(biāo)識符。其他標(biāo)識符的值應(yīng)與主標(biāo)識符的值不同,可以由軟件編程來實(shí)現(xiàn),同時(shí)讀取主標(biāo)識符和其他標(biāo)識符,并將兩者的值進(jìn)行比較。如果兩個(gè)標(biāo)識符值相同,說明未定義該標(biāo)識符;如果兩個(gè)標(biāo)識符值不同,說明定義了該標(biāo)識符,并且得到該標(biāo)識符的值。

(1)主標(biāo)識符寄存器

  當(dāng)協(xié)處理器指令對CP15進(jìn)行操作,并且操作碼opcode=2時(shí),處理器的主標(biāo)識符將被讀出。從主標(biāo)識符中,可以確定ARM體系結(jié)構(gòu)的版本型號。同時(shí)也可以參考由芯片生產(chǎn)廠商定義的其他標(biāo)識符,來獲得更詳細(xì)的信息。

  在主標(biāo)識信息中,bit[15:12]區(qū)分了不同的處理器版本:

  · 如果bit[15:12]為0x0,說明處理器是ARM7之前的處理器;

  · 如果bit[15:12]為0x7,說明處理器為ARM7處理器;

  · 如果bit[15:12]為其他值,說明處理器為ARM7之后的處理器。

  對于ARM7之后的處理器,其標(biāo)識符的編碼格式如圖2所示。

  其中各部分的編碼含義說明如下。

  bit[3:0]:包含生產(chǎn)廠商定義的處理器版本型號。

  bit[15:4]:生產(chǎn)廠商定義的產(chǎn)品主編號,可能的取值為0x0~0x7。

  bit[19:16]:ARM體系的版本號,可能的取值如表3(其他值由ARM公司保留將來使用)所示。

  

  圖2 ARM7之后處理器標(biāo)識符編碼

表3 bit[19:16]與ARM版本號

 可能的取值 版 本 號

  0x1 ARM體系版本4

  0x2 ARM體系版本4T

  0x3 ARM體系版本5

  0x4 ARM體系版本5T

  0x5 ARM體系版本5TE

bit[23:20]:生產(chǎn)廠商定義的產(chǎn)品子編號。當(dāng)產(chǎn)品主編號相同時(shí),使用子編號區(qū)分不同的產(chǎn)品子類,如產(chǎn)品中不同的cache的大小。

bit[31:24]:生產(chǎn)廠商的編號現(xiàn)已定義的如表4所示。其他的值A(chǔ)RM公司保留將來使用。

 表4 bit[31:24]值與ARM生產(chǎn)廠商

  可能的取值 ARM芯片生產(chǎn)廠商

  0x41 (A)ARM公司

  0x44 (D)Digital Equipment

  0x69 (i)Intel公司

 對于ARM7系統(tǒng)的處理器,其主標(biāo)識符的編碼如圖3所示。

  

  圖3 ARM7處理器標(biāo)識符編碼

 其中各部分的含義說明如下。

  bit[3:0]:包含生產(chǎn)廠商定義的處理器版本型號。

  bit[15:4]:生產(chǎn)廠商定義的產(chǎn)品主編號,其最高4位的值為0x7。

  bit[22:16]:生產(chǎn)商定義的產(chǎn)品子編號。當(dāng)產(chǎn)品的主編號相同時(shí),使用子編號區(qū)分不同的產(chǎn)品子類,如產(chǎn)品中不同的產(chǎn)品子類、不同產(chǎn)品中高速緩存的大小。

  bit[23]:ARM7處理器支持下面兩種ARM體系的版本號。0x0代表ARM體系版本3;0x1代表ARM體系版本4T。

  bit[31:24]:生產(chǎn)廠商的編號已定義的如表5所示,其他的值A(chǔ)RM公司保留將來使用。

  表5 bit[31:24]值與ARM生產(chǎn)廠商

  可能的取值A(chǔ)RM芯片生產(chǎn)廠商

  0x41(A)ARM公司

  0x44(D)Digital Equipment

  0x69(i)Intel公司

  對于ARM7系統(tǒng)的處理器,其主標(biāo)識符的編碼如圖4所示。

  

  圖4 ARM7之前處理器標(biāo)識符編碼

  其中各部分的含義說明如下。

  bit[3:0]:包含生產(chǎn)廠商定義的處理器版本型號。

  bit[31:4]:處理器標(biāo)識符及其含義如表6所示。

  表6 ARM之后處理器標(biāo)識符與含義

  處理器標(biāo)識符含 義

  0x4156030ARM3(體系版本2)

  0x4156060ARM600(ARM體系版本3)

  0x4156061ARM610(ARM體系版本3)

  0x4156062ARM620(ARM體系版本3)

(2)Cache類型標(biāo)識符寄存器

  如前所述,對于指令MRC來說,當(dāng)協(xié)處理器寄存器為r0,而第二操作數(shù)opcode2為0b001時(shí),指令讀取值為Cache類型,即可以用下面的指令將處理器的Cache類型標(biāo)識符寄存器的內(nèi)容讀取到寄存器r0中。

  MRC P15,0,r0,c0,c0,1

  Cache類型標(biāo)識符定義了關(guān)于Cache的信息,具體內(nèi)容如下所述。

  · 系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)Cache和指令Cache是分開的還是統(tǒng)一的。

  · Cache的容量、塊大小以及相聯(lián)特性。

  · Cache類型是直(write-through)寫還是回寫(write-back)。

  · 對于回寫(write-back)類型的Cache如何有效清除Cache內(nèi)容。

  · Cache是否支持內(nèi)容鎖定。

  Cache類型標(biāo)識符寄存器各控制字段的含義編碼格式如圖5所示。

  

  圖5 Cache屬性寄存器標(biāo)識符編碼格式

其中各控制字段的含義說明如下。

  屬性字段(ctype):指定沒有在S位、數(shù)據(jù)Cache相關(guān)屬性位、指令Cache相關(guān)屬性類中指定的屬性,其具體編碼參見表7。

  表7 Cache類型標(biāo)識符寄存器屬性字段含義

  編 碼 Cache類型 Cache內(nèi)容清除方法 Cache內(nèi)容鎖定方法

  0b0000 直寫 不需要內(nèi)容清除 不支持

  0b0001 回寫 數(shù)據(jù)塊讀取 不支持

  0b0010 回寫 由寄存器定義 不支持

  0b0110 回寫 由寄存器定義 支持格式A,見后

  0b0111 回寫 由寄存器定義 支持格式B,見后

  S位:定義系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)Cache和指令Cache是分開的還是統(tǒng)一的。如果S=0,說明指令Cache和數(shù)據(jù)Cache是統(tǒng)一的,如果S=1,則說明數(shù)據(jù)Cache和指令Cache是分離的。

  數(shù)據(jù)Cache相關(guān)屬性:定義了數(shù)據(jù)Cache容量、行大小和相聯(lián)(associativity)特性(如果S≠0)。

  指令Cache相關(guān)屬性:定義了指令Cache容量、行大小和相聯(lián)(associativity)特性(如果S≠0)。

  數(shù)據(jù)Cache相關(guān)屬性和指令Cache相關(guān)屬性分別占用控制字段[23:12]和[11:0],它們的結(jié)構(gòu)相同,圖6以指令Cache為例,顯示了編碼結(jié)構(gòu)。

 

  圖6 指令Cache編碼結(jié)構(gòu)

  其中,各部分的含義說明如下。

  bit[11:9]:保留用于將來使用。

  bit[8:6]:定義Cache的容量,其編碼格式及含義如表8所示。

表8 類型標(biāo)識符寄存器控制字段bit[8:6]含義

  編 碼 M=0時(shí)的含義 M=1時(shí)的含義

  0b000 0.5KB 0.75KB

  0b00 11KB 1.5KB

  0b010 2KB 3KB

  0b011 4KB 6KB

  0b100 8KB 12KB

  0b101 16KB 24KB

  0b110 32KB 48KB

  0b111 64KB 96KB

  bit[1:0]:定義Cache的塊大小,其編碼格式及含義如表9所示。

表9 類型標(biāo)識符寄存器控制字段bit[1:0]含義

  編 碼 Cache塊大小

  0b00 2個(gè)字(8字節(jié))

  0b01 4個(gè)字(16字節(jié))

  0b10 8個(gè)字(32字節(jié))

  0b11 16個(gè)字(64字節(jié))

 bit[5:3]:定義了Cache的相聯(lián)屬性,其編碼格式及含義如表10所示。

  表10 類型標(biāo)識符寄存器控制字段bit[5:3]含義

編 碼 M=0時(shí)的含義 M=1時(shí)的含義

0b000 1路相聯(lián) (直接映射)沒有Cache

  0b001 2路相聯(lián) 3路相聯(lián)

  0b010 4路相聯(lián) 6路相聯(lián)

  0b011 8路相聯(lián) 12路相聯(lián)

  0b1001 6路相聯(lián) 24路相聯(lián)

  0b101 32路相聯(lián) 48路相聯(lián)

  0b110 64路相聯(lián) 96路相聯(lián)

  0b111 128路相聯(lián) 192路相聯(lián)

1.4 寄存器c1

  CP15中的寄存器c1包括以下控制功能:

  · 禁止/使能MMU以及其他與存儲系統(tǒng)有關(guān)的功能;

  · 配置存儲系統(tǒng)以及ARM處理器中相關(guān)的工作。

  注意在寄存器c1中包含了一些沒有使用的位,這些位在將來可能被擴(kuò)展其他功能時(shí)使用。因此為了編寫代碼在將來更高版本的ARM處理器中仍可以使用,在修改寄存器c1中的位時(shí)應(yīng)該使用“讀?。薷奶囟ㄎ唬瓕懭?rdquo;的操作序列。

當(dāng)對寄存器c1進(jìn)行讀操作時(shí),指令中CRm和opcode2的值將被處理器忽略,所以要人工將其置位為0。

  例2用MRC/MCR指令將協(xié)處理器寄存器c1的值進(jìn)行讀取和寫入。

【例2】

  MRC P15,0,r0,c1,0,0 ;將寄存器c1的值讀取到ARM寄存器r0中

  MCR P15,0,r0,c1,0,0 ;將ARM寄存器r0的值寫入寄存器c1

  圖7顯示了寄存器c1的編碼格式。

  

  圖7 寄存器c1編碼格式

  寄存器c1各控制字段的含義如表11所示。

  表11 寄存器c1中各控制位字段的含義

  C1中的控制位含 義

  M(bit[0])禁止/使能MMU或者M(jìn)PU

  0:禁止MMU或者M(jìn)PU

  1:使能MMU或者M(jìn)PU

  如果系統(tǒng)中沒有MMU或者M(jìn)PU,讀取時(shí)該位返回0,寫入時(shí)忽略

  A(bit[1])對于可以選擇是否支持內(nèi)存訪問時(shí)地址對齊檢查的系統(tǒng),本位禁止/使能地址對齊檢查功能

  0:禁止地址對齊檢查功能

  1:使能地址對齊檢查功能

  對寄存器進(jìn)行寫操作時(shí),忽略該位

  C(bit[2])當(dāng)數(shù)據(jù)Cache和指令Cache分開時(shí),本控制位禁止/使能數(shù)據(jù)Cache。

  當(dāng)數(shù)據(jù)Cache和指令Cache統(tǒng)一時(shí),該控制位禁止/使能整個(gè)Cache

  0:禁止Cache

  1:使能Cache

  如果系統(tǒng)中不含Cache,讀取時(shí)該位返回0,寫入時(shí)忽略

  當(dāng)系統(tǒng)中Cache不能禁止時(shí),讀取返回1,寫入時(shí)忽略

  W(bit[3])禁止/使能寫緩存

  0:禁止寫緩存

  1:使能寫緩存

  如果系統(tǒng)中不含寫緩存,讀取時(shí)該位返回0,寫入時(shí)忽略

  當(dāng)系統(tǒng)中的寫緩存不能禁止時(shí),讀取時(shí)該位返回0,寫入時(shí)忽略

  P(bit[4])對于向前兼容26位ARM處理器,本控制位控制PRGC32控制信號

  0:異常中斷處理程序進(jìn)入32位地址模式

  1:異常中斷處理程序進(jìn)入26位地址模式

  如果系統(tǒng)不支持向前兼容26位地址,讀取該位時(shí)返回1,寫入時(shí)被忽略

  D(bit[5])對于向前兼容26位ARM處理器,本控制位控制DATA32控制信號

  0:禁止26位地址異常檢查

  1:使能26位地址異常檢測

  如果系統(tǒng)不支持向前兼容26位地址,讀取該位時(shí)返回1,寫入時(shí)被忽略

  L(bit[6])對于ARMv3及以前版本,本控制位可以控制處理器的中止模式

  0:選擇早期中止模式

  1:選擇后期中止模式

  對于以后的處理器讀取該位時(shí)返回1,寫入時(shí)忽略

  B(bit[7])對于存儲系統(tǒng)同時(shí)支持大/小端(big-endian/little-endian)的ARM處理器,該控制位配置系統(tǒng)使用哪種內(nèi)存模式

  0:使用小端(little-endian)

  1:使用大端(big-endian)

  對于只支持小端(little-endian)的系統(tǒng),讀取時(shí)該位返回0,寫入時(shí)忽略

  對于只支持大端(big-endian)的系統(tǒng),讀取時(shí)該位返回1,寫入時(shí)忽略

  S(bit[8])支持MMU的存儲系統(tǒng)中,本控制位用作系統(tǒng)保護(hù)

  R(bit[9])支持MMU的存儲系統(tǒng)中,本控制位用作ROM保護(hù)

  F(bit[10])本控制位由生產(chǎn)廠商定義

  Z(bit[11])對于支持跳轉(zhuǎn)預(yù)測的ARM系統(tǒng),本控制位禁止/使能跳轉(zhuǎn)預(yù)測功能

  0:禁止跳轉(zhuǎn)預(yù)測功能

  1:使能跳轉(zhuǎn)預(yù)測功能

  對于不支持跳轉(zhuǎn)預(yù)測的ARM系統(tǒng),讀取時(shí)該位返回0,寫入時(shí)忽略

  I(bit[12])當(dāng)數(shù)據(jù)Cache和指令Cache是分開的,本控制位禁止/使能指令Cache

  0:禁止指令Cache

  1:使能指令Cache

  如果系統(tǒng)中使用統(tǒng)一的指令Cache和數(shù)據(jù)Cache或者系統(tǒng)中不含Cache,讀取該位時(shí)返回0,寫入時(shí)忽略該位

  當(dāng)系統(tǒng)中的指令Cache不能禁止時(shí),讀取該位返回1,寫入時(shí)忽略該位

  V(bit[13])支持高端異常向量表的系統(tǒng)中,本控制位控制向量表的位置

  0:選擇0x00000000~0x0000001c

  1:選擇0Xffff0000~0xffff001c

  對于不支持高端中斷向量表的系統(tǒng),讀取時(shí)返回0,寫入時(shí)忽略

  RR(bit[14])如果系統(tǒng)中Cache的淘汰算法可以選擇的話,本控制位選擇淘汰算法

  0:選擇常規(guī)的淘汰算法,如隨機(jī)淘汰算法

  1:選擇預(yù)測性的淘汰算法,如輪轉(zhuǎn)(round-robin)淘汰算法

  如果系統(tǒng)中淘汰算法不可選擇,寫入該位時(shí)被忽略,讀取該位時(shí),根據(jù)其淘汰算法是否可以比較簡單地預(yù)測最壞情況返回1或者0

  L4(bit[15])ARM版本5及以上的版本中,本控制位可以提供兼容以前的ARM版本的功能

  0:保持當(dāng)前ARM版本的正常功能

  1:對于一些根據(jù)跳轉(zhuǎn)地址的bit[0]進(jìn)行狀態(tài)切換的指令,忽略bit[0],不進(jìn)行狀態(tài)切換,保持和以前ARM版本兼容

  此控制位可以影響以下指令:LDM、LDR和POP

  對于ARM版本5以前的處理器,該位沒有使用,應(yīng)作為UNP/SBZP

  對于ARM版本5以后的處理器,如果不支持向前兼容的屬性,讀取時(shí)該位返回0,寫入時(shí)忽略

  Bit(bit[31:16])這些位保留將來使用,應(yīng)為UNP/SBZP




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