ARM基礎(chǔ)知識(shí)連載（4）

*********************************************

ARM存儲(chǔ)系統(tǒng)概述

*********************************************
ARM存儲(chǔ)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)適應(yīng)不同的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的需要差別很大。最簡單的存儲(chǔ)系統(tǒng)使用平辦事的地址映射機(jī)制，就像一些簡單的彈片機(jī)系統(tǒng)中一樣，地址空間的分配方式是固定的，系統(tǒng)各部分都使用物理地址。而一些復(fù)雜系統(tǒng)可能包括下面的一種或幾種技術(shù)，從而提供更為強(qiáng)大的存儲(chǔ)系統(tǒng)。

**系統(tǒng)中可能包含多種類型的存儲(chǔ)器，如FLASH,ROM,RAM,EEPROM等，不同類型的存儲(chǔ)器的速度和寬度等各不相同。
**通過使用CACHE及WRITE BUFFER技術(shù)縮小處理器和存儲(chǔ)系統(tǒng)速度差別，從而提高系統(tǒng)的整體性能。
**內(nèi)存管理部件通過內(nèi)存映射技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬空間到物理空間的映射。在系統(tǒng)加電時(shí)，將ROM/FLASH影射為地址0，這樣可以進(jìn)行一些初始化處理；當(dāng)這些初始化完成后將RAM地址影射為0，并把系統(tǒng)程序加載到RAM中運(yùn)行，這樣很好地解決了嵌入式系統(tǒng)的需要。
**引入存儲(chǔ)保護(hù)機(jī)制，增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性。
**引入一些機(jī)制保證I/O操作應(yīng)設(shè)成內(nèi)存操作后，各種I/O操作能夠得到正確的結(jié)果。

**與存儲(chǔ)系統(tǒng)相關(guān)的程序設(shè)計(jì)指南**
本節(jié)從外部來看ARM存儲(chǔ)系統(tǒng)，及ARM存儲(chǔ)系統(tǒng)提供的對(duì)外接口。本節(jié)介紹用戶通過這些接口來訪問ARM存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)需要遵守的規(guī)則。

1.地址空間
ARM體系使用單一的和平板地址空間。該地址空間大小為2^32個(gè)8位字節(jié)，這些字節(jié)的單元地址是一個(gè)無符號(hào)的32位數(shù)值，其取值范圍為0~2^32-1。ARM地址空間也可以看作是2^30個(gè)32位的字單元。這些字單元的地址可以被4整除，也就是說該地址低兩位為0b00。地址為A的字?jǐn)?shù)據(jù)包括地址為A、A+1、A+3、A+3 4個(gè)字節(jié)單元的內(nèi)容。
各存儲(chǔ)單元的地址作為32為無符號(hào)數(shù)，可以進(jìn)行常規(guī)的整數(shù)運(yùn)算。這些運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行2^32取模。
程序正常執(zhí)行時(shí)，每執(zhí)行一條ARM指令，當(dāng)前指令計(jì)數(shù)器加4個(gè)字節(jié)；每執(zhí)行一條Thumb指令，當(dāng)前指令計(jì)數(shù)器加2個(gè)字節(jié)。但是，當(dāng)?shù)刂飞习l(fā)生溢出時(shí)，執(zhí)行結(jié)果將是不可預(yù)知的。
2.存儲(chǔ)器格式
在ARM中，如果地址A是字對(duì)齊的，有下面幾種：
**地址為A的字單元包括字節(jié)單元A,A+1,A+2,A+3。
**地址為A的班子單元包括字節(jié)單元A,A+1。
**地址為A+2的半字單元包括字節(jié)單元A+2,A=3.
**地址為A的字單元包括半字節(jié)單元A，A+2。
在big-endian格式中，對(duì)于地址為a的字單元其中字節(jié)單元由高位到低位字節(jié)順序?yàn)锳,A+1,A=2，A+3;這種存儲(chǔ)器格式如下所示：

31       24 23                    16 15           8 7        0 
--------------------------------------------------------------------
字單元A           |
--------------------------------------------------------------------
半字單元A   | 半字單元A+2     |
--------------------------------------------------------------------
字節(jié)單元A    | 字節(jié)單元A+1 | 字節(jié)單元A+2   | 字節(jié)單元A+3|
--------------------------------------------------------------------

在little-endian格式中，對(duì)于地址為A的字單元由高位到低位字節(jié)順序?yàn)锳+3,A+2,A+1,A，這種存儲(chǔ)格式如下所示

31       24 23                    16 15           8 7        0 
--------------------------------------------------------------------
字單元A           |
--------------------------------------------------------------------
半字單元A+2   | 半字單元A     |
--------------------------------------------------------------------
字節(jié)單元A+3    |字節(jié)單元A+2 | 字節(jié)單元A+1   | 字節(jié)單元A  |
--------------------------------------------------------------------

在ARM系統(tǒng)中沒有提供指令來選擇存儲(chǔ)器格式。如果系統(tǒng)中包含標(biāo)準(zhǔn)的ARM控制協(xié)處理器CP15，則CP15的寄存器C1的位[7]決定系統(tǒng)中存儲(chǔ)器的格式。當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，寄存器C1的[7]值為零，這時(shí)系統(tǒng)中存儲(chǔ)器格式為little-endian格式。如果系統(tǒng)中采用的是big-endian格式，則復(fù)位異常中斷處理程序中必須設(shè)置c1寄存器的[7]位。

3.非對(duì)齊的存儲(chǔ)訪問操作
非對(duì)齊：位于arm狀態(tài)期間，低二位不為0b00；位于Thumb狀態(tài)期間，最低位不為0b0。
3.1非對(duì)齊的指令預(yù)取操作
如果系統(tǒng)中指定當(dāng)發(fā)生非對(duì)齊的指令預(yù)取操作時(shí)，忽略地址中相應(yīng)的位，則由存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)這種忽略。
3.2非對(duì)齊的數(shù)據(jù)訪問操作
對(duì)于LOAD/STORE操作，系統(tǒng)定義了下面3中可能的結(jié)果：
***執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知
***忽略字單元地址低兩位的值，即訪問地址為字單元；忽略半字單元最低位的值，即訪問地址為半字單元。
***由存儲(chǔ)系統(tǒng)忽略字單元地址中低兩位的值，半字單元地址最低位的值。

4.指令預(yù)取和自修改代碼
當(dāng)用戶讀取PC計(jì)數(shù)器的值時(shí)，返回的是當(dāng)前指令下面的第二條指令的地址。對(duì)于ARM指令來說，返回當(dāng)前指令地址值加8個(gè)字節(jié)；對(duì)于Thumb指令來說，返回值為當(dāng)前指令地址值加4個(gè)字節(jié)。
自修改代碼指的是代碼在執(zhí)行過程中修改自身。應(yīng)盡量避免使用。
5.存儲(chǔ)器映射的I/O空間
在ARM中，I/O操作通常被影射為存儲(chǔ)器操作。通常需要將存儲(chǔ)器映射的I/O空間設(shè)置成非緩沖的。