ARM存储系统中的CP15寄存器与MMU操作
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更新于2024-08-17
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"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。
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