ARM存储系统详解:映射机制与CP15寄存器
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更新于2024-08-17
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"基于段地址的映射示意图-武汉创维特ARM教学系统-05 ARM存储系统"
ARM处理器的存储系统是其核心组件之一,负责管理和优化对内存及外设的访问。在ARM架构中,存储系统的设计与传统的单片机有所不同,它通常包含一个存储器管理单元(Memory Management Unit, MMU),以适应不同嵌入式应用的需求。简单系统可能采用平板式地址映射,而复杂系统则会利用多种技术来提升存储性能和安全性。
ARM存储系统概述:
ARM处理器中的存储系统支持多种类型的存储器件,如闪存(FLASH)、只读存储器(ROM)、同步动态随机存取内存(SDRAM)和静态随机存取内存(SRAM)。这些器件各有不同的速度和数据宽度要求。为了弥补处理器与存储系统之间的速度差异,ARM使用了高速缓存(CACHE)和写缓冲区(WRITE BUFFER)技术。内存管理单元通过内存映射技术将虚拟地址映射到物理地址,实现虚拟空间和物理空间的转换,同时提供了存储保护机制,确保系统的安全性。此外,系统还有一系列机制来确保I/O操作在映射为内存操作后仍能正确执行。
ARM存储器管理单元:
在ARM系统中,CP15(System Control Coprocessor)是关键的存储管理部件,它管理着16个32位寄存器,用于控制和配置存储系统。这些寄存器执行不同的任务,例如控制位寄存器(用于设置系统控制位)、地址转换表基地址寄存器(用于MMU的页表管理)、域访问控制位寄存器(用于设置存储保护规则)以及高速缓存和写缓冲区控制寄存器(用于缓存策略的设定)等。寄存器0至7包含了系统ID编码、控制位、存储保护和控制功能,以及高速缓存和写缓冲区的控制。
高速缓存和写缓冲区:
高速缓存(CACHE)是提高系统性能的关键,它缓存了最近频繁访问的数据,减少了处理器访问主存的次数。写缓冲区(WRITE BUFFER)则用来暂时存储待写入的数据,等待合适的时间再写入内存,以优化写操作的效率。
页表技术:
在具有MMU的系统中,页表技术被用来实现虚拟地址到物理地址的转换。每个进程都有自己的独立地址空间,页表记录了这些虚拟地址对应的物理地址,使得进程间的数据隔离得以实现。
TLB(Translation Lookaside Buffer)控制:
TLB是一种硬件辅助的数据结构,用于加速虚拟地址到物理地址的转换过程。它缓存了最近的页表项,减少频繁的页表查找,提高系统性能。
总结:
ARM存储系统是一个复杂且灵活的框架,它包括了多种技术来优化内存访问、提高系统性能、保障数据安全以及实现高效的地址映射。CP15作为其核心管理部件,通过控制寄存器和页表机制,实现了对不同存储设备的有效管理和高效访问。理解并掌握这些知识点对于开发和优化基于ARM的嵌入式系统至关重要。
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