ARM基礎知識連載（4）

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ARM存儲系統概述

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ARM存儲系統的體系結構適應不同的嵌入式應用系統的需要差別很大。最簡單的存儲系統使用平辦事的地址映射機制，就像一些簡單的彈片機系統中一樣，地址空間的分配方式是固定的，系統各部分都使用物理地址。而一些復雜系統可能包括下面的一種或幾種技術，從而提供更為強大的存儲系統。

**系統中可能包含多種類型的存儲器，如FLASH,ROM,RAM,EEPROM等，不同類型的存儲器的速度和寬度等各不相同。
**通過使用CACHE及WRITE BUFFER技術縮小處理器和存儲系統速度差別，從而提高系統的整體性能。
**內存管理部件通過內存映射技術實現虛擬空間到物理空間的映射。在系統加電時，將ROM/FLASH影射為地址0，這樣可以進行一些初始化處理；當這些初始化完成后將RAM地址影射為0，并把系統程序加載到RAM中運行，這樣很好地解決了嵌入式系統的需要。
**引入存儲保護機制，增強系統的安全性。
**引入一些機制保證I/O操作應設成內存操作后，各種I/O操作能夠得到正確的結果。

**與存儲系統相關的程序設計指南**
本節從外部來看ARM存儲系統，及ARM存儲系統提供的對外接口。本節介紹用戶通過這些接口來訪問ARM存儲系統時需要遵守的規則。

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8位字節，這些字節的單元地址是一個無符號的32位數值，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的字數據包括地址為A、A+1、A+3、A+3 4個字節單元的內容。
各存儲單元的地址作為32為無符號數，可以進行常規的整數運算。這些運算的結果進行2^32取模。
程序正常執行時，每執行一條ARM指令，當前指令計數器加4個字節；每執行一條Thumb指令，當前指令計數器加2個字節。但是，當地址上發生溢出時，執行結果將是不可預知的。
2.存儲器格式
在ARM中，如果地址A是字對齊的，有下面幾種：
**地址為A的字單元包括字節單元A,A+1,A+2,A+3。
**地址為A的班子單元包括字節單元A,A+1。
**地址為A+2的半字單元包括字節單元A+2,A=3.
**地址為A的字單元包括半字節單元A，A+2。
在big-endian格式中，對于地址為a的字單元其中字節單元由高位到低位字節順序為A,A+1,A=2，A+3;這種存儲器格式如下所示：

31       24 23                    16 15           8 7        0 
--------------------------------------------------------------------
字單元A           |
--------------------------------------------------------------------
半字單元A   | 半字單元A+2     |
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字節單元A    | 字節單元A+1 | 字節單元A+2   | 字節單元A+3|
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在little-endian格式中，對于地址為A的字單元由高位到低位字節順序為A+3,A+2,A+1,A，這種存儲格式如下所示

31       24 23                    16 15           8 7        0 
--------------------------------------------------------------------
字單元A           |
--------------------------------------------------------------------
半字單元A+2   | 半字單元A     |
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字節單元A+3    |字節單元A+2 | 字節單元A+1   | 字節單元A  |
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在ARM系統中沒有提供指令來選擇存儲器格式。如果系統中包含標準的ARM控制協處理器CP15，則CP15的寄存器C1的位[7]決定系統中存儲器的格式。當系統復位時，寄存器C1的[7]值為零，這時系統中存儲器格式為little-endian格式。如果系統中采用的是big-endian格式，則復位異常中斷處理程序中必須設置c1寄存器的[7]位。

3.非對齊的存儲訪問操作
非對齊：位于arm狀態期間，低二位不為0b00；位于Thumb狀態期間，最低位不為0b0。
3.1非對齊的指令預取操作
如果系統中指定當發生非對齊的指令預取操作時，忽略地址中相應的位，則由存儲系統實現這種忽略。
3.2非對齊的數據訪問操作
對于LOAD/STORE操作，系統定義了下面3中可能的結果：
***執行結果不可預知
***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。
***由存儲系統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.指令預取和自修改代碼
當用戶讀取PC計數器的值時，返回的是當前指令下面的第二條指令的地址。對于ARM指令來說，返回當前指令地址值加8個字節；對于Thumb指令來說，返回值為當前指令地址值加4個字節。
自修改代碼指的是代碼在執行過程中修改自身。應盡量避免使用。
5.存儲器映射的I/O空間
在ARM中，I/O操作通常被影射為存儲器操作。通常需要將存儲器映射的I/O空間設置成非緩沖的。