"该资源是关于ARM9处理器的MMU(Memory Management Unit)和CACHE的工作原理,特别是大页转化过程的讲解。主要内容涉及虚拟地址到物理地址的映射、存储管理、协处理器CP15的功能以及MCR和MRC指令的应用。"
在ARM9处理器中,MMU扮演着关键角色,它提供了线性地址管理机制,使得虚拟地址(VA)能够映射到物理地址(PA)。这一过程涉及到多级页表的使用。在描述中提到的大页转化过程中,虚拟地址首先通过页表转换为变换地址(MVA),然后再映射到物理地址。这一过程具体如下:
1. **大页转化**:大页是一种内存分配方式,大小为64KB,并且必须64KB对齐。地址转化时,VA的高14位(C2[31:14])和VA的20至16位左移2位(VA[31:20]<<2)共同构成一级页表的表内偏移,用于找到一级页表中的对应条目。
2. **一级页表**:一级页表包含4096个条目,每个条目指向一个二级页表或者直接指向物理地址。页表的基址存储在特定的寄存器中,表内偏移与基址相加得到实际地址。
3. **二级页表**:二级页表规模较小,只有16个条目,其地址由一级页表的条目给出。VA的19至16位左移2位(VA[19:16]<<2)确定二级页表的表内偏移,从而找到目标页。
4. **地址映射**:二级页表中的条目可以直接映射到64KB的大页,对应的物理地址由LV2[31:16]决定。最后,VA的低15位(VA[15:0])加上物理地址的高位部分形成完整的物理地址(PA)。
5. **MMU和CACHE**:MMU不仅负责地址映射,还通过CACHE(高速缓冲存储器)来缓存频繁访问的数据,提高系统性能。在启用CACHE但不启用MMU的情况下,地址直接从虚拟地址转换为CACHE地址。而启用MMU和CACHE时,数据和地址的传输路径更为复杂,涉及到TLB(Translation Lookaside Buffer)和域的管理。
6. **CP15协处理器**:ARM920T中的CP15协处理器负责存储管理和控制MMU及CACHE。它包含多个32位寄存器,通过MCR和MRC指令与ARM寄存器之间交换数据。MCR用于将ARM寄存器的值写入CP15寄存器,MRC则相反,将CP15的值读取到ARM寄存器。
7. **控制和保护**:MMU提供了内存保护和控制功能,如设置地址转换表基地址、域访问控制等,确保了存储的安全性和访问权限。此外,CP15中的寄存器还包含控制位,用于设置MMU、CACHE的属性。
通过这样的机制,ARM9处理器能够高效地管理内存,确保程序正确执行并优化性能。理解这些概念对于进行嵌入式系统开发和调试至关重要。