ARM存儲(chǔ)器之：存儲(chǔ)保護(hù)單元MPU

15.4.2內(nèi)存訪問順序

當(dāng)ARM處理器產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)存訪問信號(hào)時(shí)，內(nèi)存保護(hù)單位MPU將負(fù)責(zé)檢查要訪問的地址是否在被定義的域中。

①如果地址不在任何域中，存儲(chǔ)器產(chǎn)生異常。如果內(nèi)核預(yù)取指令則MPU產(chǎn)生預(yù)取中止異常；如果是存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)請(qǐng)求，則產(chǎn)生數(shù)據(jù)中止異常。

②如果地址在多個(gè)域內(nèi)，由MPU判斷域的有效級(jí)來決定存儲(chǔ)區(qū)域的訪問屬性。訪問屬性可以在CP15的寄存器中設(shè)定，可設(shè)定的位為C（Cache）、B（Buffer）、AP（AccessPermission）。這些屬性的具體定義為：

·C和B可以控制Cache和寫緩存屬性的Cache策略。例如，可以設(shè)置一個(gè)域使用回寫（write－back）策略訪問存儲(chǔ)器，而另一個(gè)域則以無Cache和無寫緩存方式訪問；

·AP（accesspermission）決定域是否可以被訪問。如果在當(dāng)前處理器模式下，該域不能被訪問，MPU將產(chǎn)生一個(gè)存儲(chǔ)器訪問異常。

圖15.16顯示了一個(gè)存儲(chǔ)器訪問過程。

圖15.16存儲(chǔ)器訪問過程

15.4.3使能MPU

通過對(duì)協(xié)處理器CP15的寄存器c1中的bit[0]置1，可以使能存儲(chǔ)器保護(hù)單元MPU。在系統(tǒng)上電時(shí)，默認(rèn)狀態(tài)是該位清零，所有保護(hù)域無效。

在使能MPU之前，至少一個(gè)域要被設(shè)定，而且該域的屬性和訪問權(quán)限要預(yù)先設(shè)定好。

另外，使能MPU的指令要設(shè)在有效的域中。如果在使能MPU之前，域的屬性和訪問權(quán)限沒有設(shè)定，那么系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果將不可預(yù)知。

當(dāng)MPU無效（將協(xié)處理器CP15寄存器r1的bit[0]置0）時(shí)，整個(gè)內(nèi)存區(qū)域都被處理器視為無Cache、無寫緩存、無存儲(chǔ)保護(hù)狀態(tài)。

15.4.4重疊域

域的定義在MPU的作用下可以重疊。當(dāng)重疊的域被訪問時(shí)，MPU會(huì)判斷域的優(yōu)先權(quán)，決定使用那個(gè)域的屬性來操作重疊域。

域?qū)傩詢?yōu)先級(jí)的排列順序?yàn)椋河?的有效級(jí)最高，其次為域6，域0的優(yōu)先級(jí)最低。

【例15.3】

假設(shè)將一個(gè)從0x3000起始的4KB地址空間定義為域2，其訪問屬性AP定義為0b10（AP=0b10，特權(quán)模式讀/寫訪問，用戶模式只讀）。

將起始地址為0x0的16KB地址空間定義為域1，其訪問屬性AP定義為0b01（AP=0b01，特權(quán)模式只讀）。

系統(tǒng)域劃分如圖15.17所示。

圖15.17重疊域的訪問

當(dāng)處理器在用戶模式下執(zhí)行Load指令，從0x3010地址取數(shù)據(jù)時(shí)，0x3010地址既在域1中也在域2中，因?yàn)橛?的屬性優(yōu)先級(jí)高于域1，所有MPU執(zhí)行域2的訪問屬性從0x3010地址取數(shù)據(jù)。域2是用戶模式可讀，所以不會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)異常。

在分配訪問權(quán)限時(shí)重疊區(qū)域比非重疊區(qū)域有更大的靈活性，它可以使內(nèi)存的某個(gè)特定聯(lián)系內(nèi)存單位在程序中擔(dān)任背景的作用，用來給一塊大存儲(chǔ)空間分配相同的屬性的低優(yōu)先級(jí)域。其他具有較高優(yōu)先級(jí)域的區(qū)域與該背景域某些部分重疊，用來改變已定義的背景域的較小子集的屬性。這樣，具有較高優(yōu)先級(jí)的域可以改變背景域?qū)傩缘淖蛹?。背景域可以用來保護(hù)一些睡眠狀態(tài)的存儲(chǔ)空間，使其不受非法訪問，而此時(shí)由另一個(gè)不同域控制下的背景域的其他部分可以處于活躍狀態(tài)。

15.4.5與MPU相關(guān)的CP15寄存器

與MPU相關(guān)的協(xié)處理器寄存器主要是c2，c3，c5及c6。另外還有寄存器c1中的1到2位。

（1）c1中的MPU相關(guān)位

c1的編碼格式如圖15.18所示。

圖15.18協(xié)處理器寄存器c1編碼格式

M（bit[0]）控制控制MPU的使能。

·M=0：禁止MPU

·M=1：使能MPU

A（bit[1]）選擇是否支持內(nèi)存訪問地址對(duì)齊檢查。

·B=0：禁止地址對(duì)齊檢查

·B=1：使能地址對(duì)齊檢查

（2）c2中的MPU相關(guān)位

c2的編碼格式如圖15.19所示。

圖15.19協(xié)處理器寄存器c2編碼格式

寄存器位0～7分別對(duì)應(yīng)域0～7的Cache屬性。位8～31應(yīng)該設(shè)置成0。