ARM处理器快速上下文切换详解-富士电机用户手册

"快速上下文切换扩展是ARM处理器中一种优化任务切换的技术，它通过使用包含进程ID的重定位寄存器在虚拟地址到达Cache和TLB之前进行修改，从而减少地址转换步骤，提高效率。在富士电机的fuji alpha5 smart plus用户手册中，这一过程被详细阐述。4GB的虚拟空间被划分为128个32MB的进程空间块，每个进程可以使用特定的32MB虚拟地址范围。地址变换算法是通过在虚地址上加上进程ID乘以0x02000000来完成的，这使得不同进程间的切换无需更新页表，从而保持Cache和TLB的有效性。此外，CP15寄存器c13用于存储进程ID，通过MCR和MRC指令可以读写这个寄存器。当PID为0时，快速上下文切换扩展被禁用。" 快速上下文切换扩展是针对ARM处理器的一种优化策略，其主要目标是提升系统在任务切换时的效率。在传统的上下文切换过程中，通常需要更新页表以反映新任务的内存映射，这可能导致Cache和Translation Lookaside Buffer (TLB)的内容失效，从而引入额外的延迟。快速上下文切换扩展通过预先在虚拟地址到达高速缓存和TLB之前进行一次地址变换，避免了这个问题。 具体来说，ARM系统利用一个特殊的重定位寄存器，即FCSE进程ID寄存器（位于CP15寄存器的c13中），该寄存器包含了当前进程的ID。在地址变换时，虚地址VA加上进程ID乘以0x02000000得到修改后虚拟地址MVA。这样一来，即使任务切换，只要将新的进程ID写入FCSE寄存器，Cache和TLB中的旧映射仍然有效，无需清除。这样显著减少了上下文切换的时间开销。 ARM处理器的虚拟地址空间组织为128个进程空间块，每个32MB，允许每个进程拥有自己的独立地址空间。例如，编号为1的进程空间块中的进程，其虚拟地址空间从1×0x02000000开始，到1×0x02000000+0x01ffffff结束。地址变换算法根据这个规则进行，确保正确地映射进程的虚拟地址到物理地址。 为了访问和设置FCSE进程ID寄存器，系统使用MCR和MRC指令。MCR用于写入寄存器，MRC用于读取寄存器，读操作时，寄存器的高位[31:25]返回进程ID。当PID为0时，快速上下文切换扩展功能被关闭，意味着MVA与VA相同。如果当前运行的进程试图访问其他进程，被访问进程的PID不能为0，否则地址高7位不会全为0，这会导致不匹配的地址转换。 快速上下文切换扩展是ARM处理器在处理多任务环境时的一个关键优化，通过减少页表更新和提高地址转换效率，提升了系统的整体性能。这种技术在嵌入式系统和移动设备中尤为重要，因为它们通常对功耗和响应时间有严格的要求。