arm920t mmu和cache介绍

### ARM920T MMU与Cache介绍 #### 虚拟地址与物理地址概念 在探讨ARM920T的MMU与Cache之前，我们首先需要了解虚拟地址（Virtual Address，VA）与物理地址（Physical Address，PA）的基本概念。 - **物理地址**：当中央处理器（CPU）未启用MMU（Memory Management Unit，内存管理单元）或虽有MMU但未激活的情况下，CPU执行读写操作时使用的地址即为物理地址。这种情况下，CPU直接与物理内存交互。 - **虚拟地址**：启用MMU后，CPU发出的地址不再是直接用于内存访问的物理地址，而是需要经过MMU转换后的虚拟地址。MMU负责将虚拟地址映射为物理地址。 #### ARM920T MMU的工作原理 ARM920T的MMU实现了从虚拟地址到物理地址的转换，其主要功能包括： - **地址转换**：MMU负责将虚拟地址转换为物理地址，通常以页为单位进行转换。例如，一个虚拟地址空间内的连续4KB（通常称为一页）可以被映射到物理内存中的任意位置。 - **内存保护**：通过MMU设置不同的权限（如只读、可写等），可以实现对内存的保护，防止非法访问。 - **虚拟内存管理**：支持操作系统实现虚拟内存技术，允许进程看到的是一个独立且一致的地址空间，而不是实际物理内存的布局。 #### ARM920T的CP15协处理器 CP15是ARM架构中的一种协处理器，用于配置和控制MMU、Cache等硬件特性。在ARM920T中，CP15主要用于控制MMU的设置，例如设置页表基址寄存器（Page Table Base Register, PTBR）等。 #### Cache工作原理 除了MMU之外，ARM920T还包含Cache机制。Cache的主要目的是提高数据访问速度，减少CPU访问主存的时间延迟。ARM920T中的Cache主要包括： - **指令Cache (I-Cache)**：用于存储最近执行的指令。 - **数据Cache (D-Cache)**：用于存储最近访问的数据。 #### 操作MMU与Cache的内核启动代码 在嵌入式系统开发过程中，为了正确地初始化MMU和Cache，通常会在内核启动阶段编写特定的初始化代码。这些代码主要完成以下几个任务： 1. **配置CP15寄存器**：设置MMU的控制寄存器，例如配置页表基址寄存器等。 2. **建立页表**：创建并填充页表，定义虚拟地址到物理地址的映射规则。 3. **初始化Cache**：根据需要清理或预加载Cache。 #### 实例分析 为了更好地理解MMU如何管理和映射内存，我们可以通过一个具体的例子来进行分析。假设在某个嵌入式系统中，进程A的虚拟地址空间为0x08048000至0x080ef000，这段地址映射到了物理内存的0x20000000至0x20006000区域。这意味着进程A访问0x08048000地址时，实际上是访问了物理地址0x20000000处的数据。 #### 思考与练习 1. **BASEADDR的性质**：在这个示例代码中，`#define BASEADDR 0x00008000;` 定义的`BASEADDR`是虚拟地址还是物理地址？根据上下文来看，如果没有特别指明，这里定义的`BASEADDR`很可能是虚拟地址，因为它是在软件层面定义的，而软件通常操作的是虚拟地址。 ```c #define BASEADDR 0x00008000; int i; unsigned int* p; p = (unsigned int*)BASEADDR; for (i = 0; i < 100; i++) { *(p + i) = i; } ``` 2. **内存芯片地址范围**：图3中的内存芯片地址范围是指物理地址还是虚拟地址？由于内存芯片直接连接到物理总线上，因此这里的地址范围是指物理地址范围。 #### 总结 ARM920T的MMU与Cache是实现高性能嵌入式系统的关键组件。MMU通过虚拟地址到物理地址的转换，不仅提高了内存管理的灵活性，还增强了系统的安全性；而Cache则显著减少了CPU访问主存的延迟，提高了系统的整体性能。在嵌入式系统的设计与开发中，合理利用MMU和Cache对于提升系统的效率至关重要。