ARM硬件完美解讀——協(xié)處理器

協(xié)處理器（coprocessor），一種芯片，用于減輕系統(tǒng)微處理器的特定處理任務(wù)。例如，數(shù)學(xué)協(xié)處理器可以控制數(shù)字處理；圖形協(xié)處理器可以處理視頻繪制。例如，intel pentium 微處理器就包括內(nèi)置的數(shù)學(xué)協(xié)處理器。協(xié)處理器可以附屬于ARM處理器。一個協(xié)處理器通過擴展指令集或提供配置寄存器來擴展內(nèi)核處理功能。一個或多個協(xié)處理器可以通過協(xié)處理器接口與ARM內(nèi)核相連。協(xié)處理器可以通過一組專門的、提供load-store類型接口的ARM指令來訪問。例如協(xié)處理器15（CP15），ARM處理器使用協(xié)處理器15的寄存器來控制cache、TCM、存儲器管理(MMU)等。

2、我的電腦有黃老“協(xié)”嗎

80486CPU之前有協(xié)處理器，提高浮點運算能力，那時cpu較弱才有的協(xié)處理器，現(xiàn)在速度是原來數(shù)百倍不止，pc機一般不存在協(xié)處理器了。居然有這么回事，算是領(lǐng)教了，我們一直都以是黃老邪是傳說中滴東邪，還不知道有協(xié)處理器這么一說。

3、武器(ARM)才是硬道理

ARM 微處理器可支持多達 16 個協(xié)處理器，用于各種協(xié)處理操作，在程序執(zhí)行的過程中，每個協(xié)處理器只執(zhí)行針對自身的協(xié)處理指令，忽略 ARM 處理器和其他協(xié)處理器的指令。ARM 的協(xié)處理器指令主要用于 ARM 處理器初始化 ARM 協(xié)處理器的數(shù)據(jù)處理操作，以及在ARM 處理器的寄存器和協(xié)處理器的寄存器之間傳送數(shù)據(jù)，和在 ARM 協(xié)處理器的寄存器和存儲器之間傳送數(shù)據(jù)。

4、如何借“老協(xié)”之力平定中原

在ARM指令中，訪問協(xié)處理器的指令主要以下幾條：

CDP 協(xié)處理器數(shù)操作指令
LDC 協(xié)處理器數(shù)據(jù)加載指令
STC 協(xié)處理器數(shù)據(jù)存儲指令
MCR ARM 處理器寄存器到協(xié)處理器寄存器的數(shù)據(jù)傳送指令
MRC 協(xié)處理器寄存器到ARM 處理器寄存器的數(shù)據(jù)傳送指令

4.1、CDP 指令

CDP 指令的格式為：
CDP{條件} 協(xié)處理器編碼，協(xié)處理器操作碼1，目的寄存器，源寄存器1，源寄存器2，協(xié)處理 器操作碼2。
CDP 指令用于ARM 處理器通知ARM 協(xié)處理器執(zhí)行特定的操作,若協(xié)處理器不能成功完成特定的操作，則產(chǎn)生未定義指令異常。其中協(xié)處理器操作碼1 和協(xié)處理器操作碼2 為協(xié)處理器將要執(zhí)行的操作，目的寄存器和源寄存器均為協(xié)處理器的寄存器，指令不涉及ARM 處理器的寄存器和存儲器。
指令示例：
CDP P3 ， 2 ， C12 ， C10 ， C3 ， 4 ；該指令完成協(xié)處理器 P3 的初始化

4.2、LDC 指令

LDC 指令的格式為：
LDC{條件}{L} 協(xié)處理器編碼,目的寄存器，[源寄存器]
LDC 指令用于將源寄存器所指向的存儲器中的字數(shù)據(jù)傳送到目的寄存器中，若協(xié)處理器不能成功完成傳送操作，則產(chǎn)生未定義指令異常。其中，{L}選項表示指令為長讀取操作，如用于雙精度數(shù)據(jù)的傳輸。
指令示例：
LDC P3 ， C4 ， [R0] ；將 ARM 處理器的寄存器 R0 所指向的存儲器中的字數(shù)據(jù)傳送到協(xié)處理器 P3 的寄存器 C4 中。

4.3、STC 指令

STC 指令的格式為：
STC{條件}{L} 協(xié)處理器編碼,源寄存器，[目的寄存器]
STC 指令用于將源寄存器中的字數(shù)據(jù)傳送到目的寄存器所指向的存儲器中，若協(xié)處理器不能成功完成傳送操作，則產(chǎn)生未定義指令異常。其中，{L}選項表示指令為長讀取操作，如用于雙精度數(shù)據(jù)的傳輸。
指令示例：
STC P3 ， C4 ， [R0] ；將協(xié)處理器 P3 的寄存器 C4 中的字數(shù)據(jù)傳送到 ARM 處理器的寄存器R0 所指向的存儲器中。

4.4、MCR 指令

MCR 指令的格式為：
MCR{條件} 協(xié)處理器編碼，協(xié)處理器操作碼1，源寄存器，目的寄存器1，目的寄存器2，協(xié)處理器操作碼2。
MCR 指令用于將ARM 處理器寄存器中的數(shù)據(jù)傳送到協(xié)處理器寄存器中,若協(xié)處理器不能成功完成操作，則產(chǎn)生未定義指令異常。其中協(xié)處理器操作碼1 和協(xié)處理器操作碼2 為協(xié)處理器將要執(zhí)行的操作，源寄存器為ARM 處理器的寄存器，目的寄存器1 和目的寄存器2 均為協(xié)處理器的寄存器。
指令示例：
MCR P3 ， 3 ， R0 ， C4 ， C5 ， 6 ；該指令將 ARM 處理器寄存器 R0 中的數(shù)據(jù)傳送到協(xié)處理器 P3 的寄存器 C4 和 C5 中。

4.5、MRC 指令

MRC 指令的格式為：
MRC{條件} 協(xié)處理器編碼，協(xié)處理器操作碼1，目的寄存器，源寄存器1，源寄存器2，協(xié)處理器操作碼2。
MRC 指令用于將協(xié)處理器寄存器中的數(shù)據(jù)傳送到ARM 處理器寄存器中,若協(xié)處理器不能成功完成操作，則產(chǎn)生未定義指令異常。其中協(xié)處理器操作碼1 和協(xié)處理器操作碼2 為協(xié)處理器將要執(zhí)行的操作，目的寄存器為ARM 處理器的寄存器，源寄存器1 和源寄存器2 均為協(xié)處理器的寄存器。
指令示例：
MRC P3 ， 3 ， R0 ， C4 ， C5 ， 6 ；該指令將協(xié)處理器 P3 的寄存器中的數(shù)據(jù)傳送到 ARM 處理器寄存器中.

5、老邪家的十五阿哥CP15

系統(tǒng)控制協(xié)處理器 （the system control coprocessor）他通過協(xié)處理器指令MCR和MRC提供具體的寄存器來配置和控制caches、MMU、保護系統(tǒng)、配置時鐘模式等。

只能在特權(quán)模式下使用MRC和MCR（Move to Coprocessor from ARM Register ）指令訪問CP15的寄存器。因此，在系統(tǒng)上電啟動過程時，會切換進入SVC模式，可參見《U-Boot完美解讀(2)——啟動文件start.s解析》。
包括15個具體的寄存器如下：
-R0：ID號寄存器 這是一個只讀寄存器，返回一個32位的設(shè)備ID號，32具體功能參考2410 datesheet的 table 2-5
-R0：緩存類型寄存器（CACHE TYPE REGISTER） ，注意有2個R0，根據(jù)MCR操作數(shù)的不同傳送不同的值，這也一個只讀寄存器，包含了caches的信息。讀這個寄存器的方式是通過設(shè)置協(xié)處理操作碼為1.
如：
MRC p15,0,Rd,c0,c0,1; 返回caches的詳細信息，詳見：table 2-6
-R1：控制寄存器 2-10
-R2：轉(zhuǎn)換表基址寄存器（Translation Table Base --TTB） 2-12
-R3：域訪問控制寄存器（Domain access control ）2-13
-R4：保留 2-14
-R5：異常狀態(tài)寄存器（fault status -FSR）2-14
-R6：異常地址寄存器（fault address -FAR）2-15
-R7：緩存操作寄存器 2-15
-R8：TLB操作寄存器 2-18
-R9：緩存鎖定寄存器 2-19
-R10：TLB 鎖定寄存器 2-21
-R11-12&14：保留
-R13：處理器ID 2-22
-R15：測試配置寄存器 2-24