ARM存储系统中的CP15寄存器与MMU操作

"这篇文档主要介绍了与MMU（Memory Management Unit）操作相关的寄存器，这些寄存器在ARM存储系统中起到关键作用，包括控制位、存储保护和控制等功能。ARM存储系统的设计是为了适应复杂系统的需求，如支持多种类型存储器、高速缓存和写缓冲技术、内存映射以及存储保护机制。文中提到了用于存储管理的系统控制协处理寄存器CP15，它是ARM架构中的重要组成部分，能够进行存储器的管理和保护工作。通过MCR和MRC指令与CP15交互，实现对这些寄存器的读写操作。" 在ARM存储系统中，MMU的操作涉及一系列寄存器，这些寄存器有多种功能： 1. **控制位**：这些可读写的控制位用于设定和管理系统的各种配置，比如开启或关闭MMU、缓存策略等。 2. **存储保护和控制**： - **地址转换表基地址**：这是MMU进行虚拟地址到物理地址转换的基础，通常与页表紧密关联。 - **Cachability控制位**：决定数据是否可以被缓存，以优化系统性能。 - **Bufferability控制位**：控制数据是否可以在写回主存之前暂存在缓冲区中。 - **访问权限控制位**：设置不同区域的读写权限，防止非法访问。 - **保护区域控制**：定义内存区域的边界和访问规则。 3. **存储保护和控制**的其他方面包括内存失效状态和内存失效地址，用于处理内存错误和异常情况。 4. **TLB控制**：Translation Lookaside Buffer，是MMU的一部分，用于加速地址转换。TLB锁定功能可能用于确保某些页表项不会被替换，以优化性能。 在ARM架构中，CP15作为系统控制协处理寄存器，是实现上述功能的关键。它可以访问16个32位寄存器，通过MCR（Move to Coprocessor Register）和MRC（Move from Coprocessor Register）指令，实现对这些寄存器的读写操作，从而配置和管理存储系统。例如，`MCR P15,0,R4,C1,C0,0`指令将ARM寄存器R4中的数据写入CP15的寄存器C1，而`MRC`指令则用于读取CP15寄存器的数据到ARM寄存器。 此外，存储系统还需要考虑I/O映射和保护，确保I/O操作不会被缓存或写缓冲影响，以保证正确性。页表技术也被广泛用于实现内存映射，通过动态地映射虚拟地址到物理地址，使得内存管理更加灵活高效。 总结起来，ARM存储系统通过精心设计的MMU和相关寄存器，实现了虚拟内存管理、存储保护和高速缓存控制，这些都是现代嵌入式系统高性能、高安全性的基石。