《存储器组织》PPT课件

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1、第4章ARM体系结构本章主要介绍以下内容：ARM体系结构版本ARM处理器系列ARM流水线ARM工作模式和工作状态ARM寄存器组织ARM存储器组织ARM的异常中断AMBA和ARM7TDMI2008年3月21日1南京大学计算机系4.6ARM存储器组织介绍以下内容：数据类型和存储格式ARM的存储体系片上存储器的用法协处理器CP15存储器管理单元MMU保护单元快速上下文切换扩展写缓存器（WriteBuffer）ARM的异常中断向量表和异常中断处理与返回2008年3月21日2南京大学计算机系4.6.1数据类型和

2、存储格式ARM存储器中的数据类型有6种有符号数8位（字节）、16位（半字）、32位（字）无符号数8位（字节）、16位（半字）、32位（字）缺省端序设置为小端序2008年3月21日3南京大学计算机系4.6.2ARM的存储体系参看下图，抽象成一个呈金字塔型的存储结构注重研究第2层2008年3月21日4南京大学计算机系4.6.3片上存储器的用法事实上许多ARM处理器芯片内部含有存储器，称作片上存储器。片上存储器的存储空间可以通过指令进行配置，定义成片上Cache，或者片上SRAM，或者一部分片上Cache加

3、一部分片上SRAM。按照具体应用情况决定片上存储器配置方法2008年3月21日5南京大学计算机系片上存储器的用法许多嵌入式处理器芯片内部含有存储器，称作片上存储器或者片内存储器。片上存储器的存储空间可以通过指令进行配置，定义成片上Cache，或者片上SRAM，或者一部分片上Cache加一部分片上SRAM。例如S3C44B0X和S3C4510B有三种配置用法较多采用片内RAM配置而非片内Cache配置。2008年3月21日6南京大学计算机系4.6.4协处理器CP15CP15即所谓的系统控制协处理器Sys

4、temControlCoprocessor在基于ARM的嵌入式系统中，诸如Cache配置、写缓存配置之类的存储系统管理工作由协处理器CP15完成。CP15可以包含16个32位寄存器编号为CP0~CP15。实际运用中写为C0~C15。2008年3月21日7南京大学计算机系4.6.5存储器管理单元MMUARM的MMU部件的用途：◇完成虚拟存储空间到物理存储空间的映射。◇管理方式：页式虚拟存储器。◇页的大小有两种：粗粒度和细粒度。◇存储器访问权限的控制。◇设置虚拟存储空间的缓冲特性。2008年3月21日8南

5、京大学计算机系4.6.6保护单元保护单元PU，ProtectionUnit。允许将ARM的4GB地址空间映射为8个区域。每一个区域都有可编程的起始地址及大小、可编程属性和Cache属性。对于不需要MMU的嵌入式系统而言，PU简化了硬件和软件。主要表现在不使用转换表，降低系统开销。2008年3月21日9南京大学计算机系带保护单元和MMU的系统框图2008年3月21日10南京大学计算机系4.6.7ARM处理器的CacheARM处理器均带有Cache或者可以将片上存储器配置成Cache。当然，在不需要时也可

6、以通过配置操作关闭Cache。ARM处理器的Cache地址映射均采用组相联映射。2008年3月21日11南京大学计算机系4.6.8快速上下文切换扩展快速上下文切换扩展FCSE，FastContextSwitchExtensionFCSE是ARM存储系统的修正机构。它修改系统中不同进程的虚拟地址，避免在进行进程间切换时造成的虚拟地址到物理地址的重映射，从而提高系统的性能。2008年3月21日12南京大学计算机系4.6.9写缓存器(WriteBuffer)写缓存器是一个容量很小的片内的先进先出（FIFO）

7、存储器，位于处理器核与主存之间。写缓存器的主要用途是：当CPU输出数据时，总线恰好被占用而无法输出，此时，CPU可以把输出数据写入到写缓存器。2008年3月21日13南京大学计算机系S3C44B0X处理器的写缓存区由4个写缓存寄存器构成。每一个写缓存寄存器包括一个32位数据字段，一个28位地址字段和一个2位状态字段。可以通过指令使能或者禁能写缓存器。参看下图。2008年3月21日14南京大学计算机系4.7ARM的异常中断ARM异常与中断不做严格意义上的区别ARM的中断向量表内存放的是响应异常和中断的转

8、移指令而不是中断向量地址。在ARM处理器中，当异常发生时，完成当前指令后跳转到相应的异常中断处理程序入口执行异常中断处理。异常处理完毕后返回原来的程序断点继续执行原来的程序。2008年3月21日15南京大学计算机系异常中断分类ARM异常按照起因的不同分为3类：①指令执行引起的直接异常软件中断、未定义指令和预取指令中止属于这一类②指令执行引起的间接异常数据中止（在读取和存储数据时的存储器故障）属于这一类。③外部产生的与指令流无关的异常复位、IRQ和FIQ属