ARM9 MMU与CACHE：MCR和MRC指令详解

本文主要介绍了ARM9处理器中的MCR和MRC指令，以及它们在MMU和CACHE管理中的应用。 在嵌入式系统设计中，内存管理和高速缓存（CACHE）优化是提升系统性能的关键因素。ARM9处理器采用了一种线性地址管理机制，通过MMU（Memory Management Unit）实现虚拟地址到物理地址的映射，同时利用CACHE来减少处理器与存储设备之间的速度差距。MMU的作用是进行地址转换，确保程序在不同地址空间中正确执行，而CACHE则用来加速数据访问。 在ARM架构中，CP15协处理器扮演了核心角色，它负责存储管理和控制MMU/CACHE。ARM920T处理器使用的是协处理器版本V4，包含16个32位寄存器（C0到C15）。MCR（Move to Coprocessor Register）和MRC（Move from Coprocessor Register）是两个用于与CP15交互的特殊指令。 MCR指令允许将ARM处理器的通用寄存器值写入CP15寄存器，格式为MCR{<cond>} p15, <opcode1=0>, <Rd>, <CRn>, <CRm>, {,<opcode2>}, 其中<cond>是条件码，<Rd>是源寄存器，<CRn>和<CRm>是CP15的目标寄存器。而MRC指令则相反，用于从CP15寄存器读取值到ARM寄存器，格式为MRC{<cond>} p15, <opcode1=0>, <Rd>, <CRm>, <CRm>, {,<opcode2>}。 需要注意的是，MCR和MRC指令的执行必须在系统模式下进行，如果在用户模式下执行，会导致未定义指令异常。在用户模式下，可以通过软件中断（SWI, Software Interrupt）调用操作系统提供的函数来完成需要的MMU或CACHE操作，这样可以保证系统的安全性和稳定性。 MMU的主要用途包括： 1. ID编号（只读）：提供处理器和CACHE的标识信息。 2. 控制位（R/W）：设置MMU、CACHE的各种控制位。 3. 存储器保护和控制：设置地址转换表基地址。 4. 内存保护和控制：设定域访问控制，实现存储保护。 5. 更多的寄存器保留用于其他特定功能。 总结来说，MCR和MRC指令在ARM9处理器中是实现MMU和CACHE管理的重要手段，它们用于设置和获取与内存管理相关的控制信息，确保系统的正常运行和高效性能。而MMU则通过地址映射和存储保护功能，保证了多任务环境下的系统安全和数据一致性。