ARM存储系统的学习

一、系统控制协处理器CP15

1、访问CP15寄存器的指令

MCR：ARM寄存器到协处理器寄存器的数据传输指令

MRC：协处理器寄存器到ARM寄存器的数据传是指令

只能在系统模式下使用，在用户模式下，通过SWI调用完成，否则会出发异常中断；

2、CP15中的寄存器

1）CP15中的寄存器C0：寄存器C0中存放的是ARM相关的一些标识符，这个寄存器是只读的；

2）CP15中的寄存器C1：是控制寄存器，主要是：禁止/使能MMU以及其他的与存储系统相关的功能、配置存储系统以及ARM处理器中的相关部分的工作方式；

二、存储器管理单元MMU

1）虚拟存储空间到物理存储空间的映射；

2）存储访问权限的限制；

3）设置虚拟存储空间的缓冲的特性；

页表（translate table）是实现上述功能的重要手段，它是一个位于内存中的表，表中的每一行（地址变换条目entry）对应于虚拟存储空间的一个页，该行包括了该虚拟内存页对应的物理内存页的地址、该页的方位权限和该页的缓冲特性。ARM中页表的基地址保存在系统控制协处理器CP15的寄存器C2；

快表（TLB）：容量小（8~16个字）、访问速度和CPU中通用寄存器相当的存储器件，来存当当前访问需要的地址变换条目。

CPU访问内存的过程：TLB中查找 -> 页表 -> 添加到TLB中；

更新页表时，需要清除所有TLB的内容，通过C8寄存器来控制清楚TLB内容的相关操作；

MMU可以将某些地址变换条目锁定在TLB中，通过C10来控制；而寄存器C3用来控制与域相关的属性的配置；寄存器C5用于内存访问失效状态指示；寄存器C6用于内存访问失效时失效的地址；

ARM支持存储块的大小有：段（1M）、大页（64K）、小页（4K）、极小页（1K）；

MMU中通过两级页表实现地址的映射：

1）一级页表有以段为单位的地址映射条目和指向二级页表的指针，实现的地址映射粒度较大

2）二级页表包含以大页、小页为单位的地址映射条目，其中，有一部分会以极小页为单位；

基于一级页表的地址变换过程：

寄存器C2的[31：14]为内存中页表的基地址（16KB对齐），[13：0]都为0 -> C2的[31：14]和虚拟地址的[31:20]组成32位高30位，[1:0]置为00 -> 通过上述构成的32位索引值从页表中可以查到一个4字节的地址变换条目（一级描述符）

一级描述符：

1）[1:0]是0b00，没有映射，访问该存储空间会产生地址变换失效信号；

2）[1:0]是0b10，段描述符，定义了对应的1MB的虚拟存储空间的地址映射关系；

3）[1:0]是0b01，粗粒度页表描述符，包含了粗粒度的二级页表的物理地址，该粗粒度的二级页表定义了1MB的虚拟存储空间的地址映射关系，可实现大页、小页和极小页为单位的地址映射；

4）[1：0]是0b11，细粒度页表描述符，包含了细粒度。。。。。。。。。。。，该细粒度.......

基于二级页表（粗粒度和细粒度两种）的地址转换过程：

ARM中基于页的地址映射：

页表中用于描述一个虚拟存储页（虚页）地址映射关系的条目称为页描述符

四、高速缓冲存储器和写缓冲区

cache的工作原理