ARM基础知识连载之六

ARM存储系统概述

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ARM存储系统的体系结构适应不同的嵌入式应用系统的需要差别很大。最简单的存储系统使用平办事的地址映射机制,就像一些简单的弹片机系统中一样,地址空间的分配方式是固定的,系统各部分都使用物理地址。而一些复杂系统可能包括下面的一种或几种技术,从而提供更为强大的存储系统。

**系统中可能包含多种类型的存储器,如FLASH,ROM,RAM,EEPROM等,不同类型的存储器的速度和宽度等各不相同。
**通过使用CACHE及WRITE BUFFER技术缩小处理器和存储系统速度差别,从而提高系统的整体性能。
**内存管理部件通过内存映射技术实现虚拟空间到物理空间的映射。在系统加电时,将ROM/FLASH影射为地址0,这样可以进行一些初始化处理;当这些初始化完成后将RAM地址影射为0,并把系统程序加载到RAM中运行,这样很好地解决了嵌入式系统的需要。
**引入存储保护机制,增强系统的安全性。
**引入一些机制保证I/O操作应设成内存操作后,各种I/O操作能够得到正确的结果。

**与存储系统相关的程序设计指南**
本节从外部来看ARM存储系统,及ARM存储系统提供的对外接口。本节介绍用户通过这些接口来访问ARM存储系统时需要遵守的规则。

1.地址空间
ARM体系使用单一的和平板地址空间。该地址空间大小为2^32个8位字节,这些字节的单元地址是一个无符号的32位数值,其取值范围为0~2^32-1。ARM地址空间也可以看作是2^30个32位的字单元。这些字单元的地址可以被4整除,也就是说该地址低两位为0b00。地址为A的字数据包括地址为A、A+1、A+3、A+3 4个字节单元的内容。
各存储单元的地址作为32为无符号数,可以进行常规的整数运算。这些运算的结果进行2^32取模。
程序正常执行时,每执行一条ARM指令,当前指令计数器加4个字节;每执行一条Thumb指令,当前指令计数器加2个字节。但是,当地址上发生溢出时,执行结果将是不可预知的。
2.存储器格式
在ARM中,如果地址A是字对齐的,有下面几种：
**地址为A的字单元包括字节单元A,A+1,A+2,A+3。
**地址为A的班子单元包括字节单元A,A+1。
**地址为A+2的半字单元包括字节单元A+2,A=3.
**地址为A的字单元包括半字节单元A,A+2。
在big-endian格式中,对于地址为a的字单元其中字节单元由高位到低位字节顺序为A,A+1,A=2,A+3;这种存储器格式如下所示：

31       24 23                    16 15           8 7        0 
--------------------------------------------------------------------
字单元A           
--------------------------------------------------------------------
半字单元A     半字单元A+2     
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字节单元A     字节单元A+1   字节单元A+2    字节单元A+3 
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在little-endian格式中,对于地址为A的字单元由高位到低位字节顺序为A+3,A+2,A+1,A,这种存储格式如下所示

31       24 23                    16 15           8 7        0 
--------------------------------------------------------------------
字单元A           
--------------------------------------------------------------------
半字单元A+2     半字单元A     
--------------------------------------------------------------------
字节单元A+3    字节单元A+2   字节单元A+1    字节单元A  
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在ARM系统中没有提供指令来选择存储器格式。如果系统中包含标准的ARM控制协处理器CP15,则CP15的寄存器C1的位[7]决定系统中存储器的格式。当系统复位时,寄存器C1的[7]值为零,这时系统中存储器格式为little-endian格式。如果系统中采用的是big-endian格式,则复位异常中断处理程序中必须设置c1寄存器的[7]位。

3.非对齐的存储访问操作
非对齐：位于arm状态期间,低二位不为0b00;位于Thumb状态期间,最低位不为0b0。
3.1非对齐的指令预取操作
如果系统中指定当发生非对齐的指令预取操作时,忽略地址中相应的位,则由存储系统实现这种忽略。
3.2非对齐的数据访问操作
对于LOAD/STORE操作,系统定义了下面3中可能的结果：
***执行结果不可预知
***忽略字单元地址低两位的值,即访问地址为字单元;忽略半字单元最低位的值,即访问地址为半字单元。
***由存储系统忽略字单元地址中低两位的值,半字单元地址最低位的值。

4.指令预取和自修改代码
当用户读取PC计数器的值时,返回的是当前指令下面的第二条指令的地址。对于ARM指令来说,返回当前指令地址值加8个字节;对于Thumb指令来说,返回值为当前指令地址值加4个字节。
自修改代码指的是代码在执行过程中修改自身。应尽量避免使用。
5.存储器映射的I/O空间
在ARM中,I/O操作通常被影射为存储器操作。通常需要将存储器映射的I/O空间设置成非缓冲的。