ARM存储系统中的Cache编程接口与控制

"这篇文档是关于ARM存储系统的教学材料，主要关注Cache的编程接口和相关寄存器。文中提到了与Cache和写缓冲区相关的CP15寄存器，包括C1、C7和C9，并展示了MCR和MRC指令用于访问这些寄存器。此外，还介绍了ARM存储系统的特点，如内存管理单元、存储器组织结构、存储保护机制以及高速缓冲区和写缓冲区的作用。" 在ARM处理器中，Cache的编程接口是通过协处理器CP15的寄存器进行控制的。其中，寄存器C7、C9以及C1的部分位与Cache和写缓冲区的操作密切相关。MCR和MRC指令用于读取和写入这些寄存器，以执行对Cache的管理和控制。例如，MCR (Move to Coprocessor) 指令用于将通用寄存器的数据传送到协处理器寄存器，而MRC (Move from Coprocessor) 指令则是将协处理器寄存器的数据传回通用寄存器。 ARM存储系统的设计复杂且灵活，可适应不同层次的嵌入式应用。简单的系统可能采用平板式地址映射，而在高级系统中，则可能包含多种技术，如Cache和Write Buffer，以弥合处理器与存储器之间的速度差异，提升系统性能。Cache是高速缓存，可以暂存频繁访问的数据，减少主存访问延迟；而Write Buffer则用于暂存待写入数据，优化写操作的时序，避免频繁的内存访问。 ARM存储器管理单元（Memory Management Unit, MMU）通过CP15寄存器执行内存管理，包括地址映射、存储保护和控制。CP15提供了多个寄存器，如控制位寄存器、地址转换表基地址寄存器、域访问控制位寄存器等，它们共同协作以实现虚拟地址到物理地址的转换，以及存储访问权限的设定。 在MMU中，CP15的寄存器7专门用于高速缓存和写缓冲区的控制，允许开发者进行Cache的清空、填充以及状态管理。同时，寄存器8涉及TLB（Translation Lookaside Buffer）控制，这在虚拟内存系统中是至关重要的，因为它加速了虚拟地址到物理地址的转换过程。 此外，存储保护机制增强了系统的安全性，确保只有授权的进程或区域可以被访问。通过设置CP15中的相关寄存器，可以定义内存访问规则，防止非法或意外的内存操作。当I/O操作映射为内存操作时，这些机制也确保了I/O操作的正确执行。 总结来说，这篇教程详细阐述了ARM存储系统中的关键组件，尤其是Cache的编程接口，以及通过CP15寄存器进行的存储管理。这对于理解ARM架构下的内存系统设计和优化至关重要。