13.ARM协处理器的知识

在处理器中有协处理器来辅助处理器完成部分功能的，主要是协助作用。

协处理器：

协处理器用于执行特定的处理任务，如:数学协处理器可以控制数字处理，以减轻处理器的负担。ARM可支持多达16个协处理器，其中CP15是最重要的一个。

在ARM9、ARM11、cortexa8等核中，CP15的功能都是一样的。

在ARM11核的文档看到图1-1：

The section gives an overall view of the system control coprocessor. For detail of the registers

in the system control coprocessor, see System control processor registers on page 3-13.

The purpose of the system control coprocessor, CP15, is to control and provide status

information for the functions implemented in the ARM1176JZF-S processor. The main

functions of the system control coprocessor are:

• overall system control and configuration

• cache configuration and management

• Tightly-Coupled Memory (TCM) configuration and management

• Memory Management Unit (MMU) configuration and management

• DMA control

• system performance monitoring.

The system control coprocessor does not exist in a distinct physical block of logic.

图1-1

从上面知道：

系统控制协处理器的功能是：

1. 系统整体控制和配置

2. 缓存配置和管理

3. 紧耦合的内存(CTM)的配置和管理

4. 内存管理单元(MMU)的配置和管理。

5. DMA控制

6. 系统性能控制。

确切的说，ARM11核中有16组协处理器，不是16个，每一组里面有很多寄存器，下面来看ARM11核的c0组里的Main ID寄存器。

System control processor registers

This section gives details of all the registers in the system control coprocessor. The section

presents a summary of the registers and detailed descriptions in register order of CRn,

Opcode_1, CRm, Opcode_2.

You can access CP15 registers with MRC and MCR instructions:

MCR{cond} P15,,,,,

MRC{cond} P15,,,,,

Register allocation

Table 3-2 on page 3-14 lists the allocation and reset values of the registers of the system control

coprocessor where:

• CRn is the register number within CP15

• Op1 is the Opcode_1 value for the register

• CRm is the operational register

• Op2 is the Opcode_2 value for the register.

• Type applies to the Secure, S, or the Non-secure, NS, world and is:

— B, registers banked in Secure and Non-secure worlds. If the registers are not banked

then they are common to both worlds or only accessible in one world.

— NA, no access

— RO, read-only access

— RO, read-only access in privileged modes only

— R/W, read/write access

— R/W, read/write access in privileged modes only

— WO, write-only access

— WO, write-only access in privileged modes only

— X, access depends on another register or external signal.

Main ID寄存器的参数：

从上面c0组的Main ID寄存器，有32位，这32位被分成了5个地址段。例如[15:4]地址段是表明这是ARM11的处理器。此处的值是0xB76

前面的知识看到了，控制CP15协处理器，主要是设置对应的寄存器来实现控制的。接着就是来介绍如何访问协处理器的寄存器的，并且实现设置。

主要是通过两个命令来实现的mcr和mrc：r表示register普通寄存器，c表示coprocessor协处理器。

mcr命令中m表示move，c表示coprocessor，r表示register。所以mcr的意思就是把普通寄存器register的内容移到协处理器c里面。

mcr命令中m表示move，c表示coprocessor，r表示register。所以mrc的意思就是把协处理器c里面的内容移到普通寄存器register里面。

指令的格式：

You can access CP15 registers with MRC and MCR instructions:

MCR{cond} P15,,,,,

MRC{cond} P15,,,,,

上面是CP15的访问格式，CP14-CP0同理。

各个参数的值，上面的表格已经给出了：

上图看到在c0组的Main ID寄存器，在设置mrc，把Main ID寄存器的内容读到r1寄存器：

从上图知道：

1. CRn=c0：c0组的

2. Op1=0

3. CRm=c0

4. Op2=0

5. Rd=r1：就是要把Main ID读到r0寄存器。

这样就设置好了。接下来实验访问Main ID：

读取Main ID指令：

MRC P15,0,r1,c0,c0,0

运行结果：

读出来的值是0x410fb766,这跟我们的核手册的说明里的值是一致的，下图。说明读取成功：

上图中[31:24]=0x41，[23:20]=0x0，[19:16]=0xF，[15:4]=0xB76，最后四位[3:0]是修订位，是在0x0到0x7之间，这里是6，也是对的。所以读出正确。

上面就是对CP15里的Main ID的读取操作。

接下来是往Control寄存器里写数据：

往c1组的Control寄存器写入r1寄存器的值：

MCR P15,0,r1,c1,c0,0

上面运行了，就把r1的值写进去了。