第6章存儲(chǔ)器系統(tǒng)

1、存儲(chǔ)器系統(tǒng)存儲(chǔ)器系統(tǒng)5. 存儲(chǔ)器系統(tǒng)5.1 存儲(chǔ)系統(tǒng)功能概覽存儲(chǔ)系統(tǒng)功能概覽 存儲(chǔ)器映射是預(yù)定義的。存儲(chǔ)器映射是預(yù)定義的。 CM3的存儲(chǔ)器系統(tǒng)支持所謂的的存儲(chǔ)器系統(tǒng)支持所謂的“位帶位帶”（bit-band）操作。）操作。CM3的存儲(chǔ)器系統(tǒng)支持非對(duì)齊訪問(wèn)和互斥訪問(wèn)。的存儲(chǔ)器系統(tǒng)支持非對(duì)齊訪問(wèn)和互斥訪問(wèn)。CM3的存儲(chǔ)器系統(tǒng)支持小端配置和大端配置。的存儲(chǔ)器系統(tǒng)支持小端配置和大端配置。 25. 存儲(chǔ)器系統(tǒng)CM3的的地址空間是地址空間是4GB35.2 存儲(chǔ)器映射存儲(chǔ)器映射GB4 5. 存儲(chǔ)器系統(tǒng)代碼區(qū)：程序可以在代碼區(qū)（代碼區(qū)：程序可以在代碼區(qū)（512MB）；）；內(nèi)部?jī)?nèi)部SRAM區(qū)：大小區(qū)：大小512M

2、B，用于讓芯片制造商連接片上的，用于讓芯片制造商連接片上的SRAM，這個(gè)區(qū)通過(guò)系統(tǒng)總線來(lái)訪問(wèn)。，這個(gè)區(qū)通過(guò)系統(tǒng)總線來(lái)訪問(wèn)。一個(gè)一個(gè)1MB的區(qū)間，被稱為的區(qū)間，被稱為“位帶區(qū)位帶區(qū)”。該一個(gè)對(duì)應(yīng)的、該一個(gè)對(duì)應(yīng)的、32MB的的“位帶別名位帶別名(alias)區(qū)區(qū)”，容納了，容納了8M個(gè)個(gè)“位變量位變量”。位帶別名區(qū)里面的每個(gè)字對(duì)應(yīng)位帶區(qū)的一個(gè)比特。位帶別名區(qū)里面的每個(gè)字對(duì)應(yīng)位帶區(qū)的一個(gè)比特。位帶操作只適用于數(shù)據(jù)訪問(wèn)，不適用于取指。位帶別名區(qū)。位帶操作只適用于數(shù)據(jù)訪問(wèn)，不適用于取指。位帶別名區(qū)中的訪問(wèn)操作是原子的。中的訪問(wèn)操作是原子的。45.2 存儲(chǔ)器映射存儲(chǔ)器映射5. 存儲(chǔ)器系統(tǒng)片上外設(shè)區(qū)：一個(gè)片

3、上外設(shè)區(qū)：一個(gè)512MB范圍。有一條范圍。有一條32MB的位帶別名，的位帶別名，以便于快捷地訪問(wèn)外設(shè)寄存器，可以方便地訪問(wèn)各種控制以便于快捷地訪問(wèn)外設(shè)寄存器，可以方便地訪問(wèn)各種控制位和狀態(tài)位。要注意的是，外設(shè)區(qū)內(nèi)不允許執(zhí)行指令。位和狀態(tài)位。要注意的是，外設(shè)區(qū)內(nèi)不允許執(zhí)行指令。55.2 存儲(chǔ)器映射存儲(chǔ)器映射5. 存儲(chǔ)器系統(tǒng)片外外設(shè)、片外片外外設(shè)、片外RAM：兩個(gè)：兩個(gè)1GB的范圍，分別用于連接外的范圍，分別用于連接外部部RAM和外部設(shè)備，它們之中沒(méi)有位帶。兩者的區(qū)別在于和外部設(shè)備，它們之中沒(méi)有位帶。兩者的區(qū)別在于外部外部RAM區(qū)允許執(zhí)行指令，而外部設(shè)備區(qū)則不允許。區(qū)允許執(zhí)行指令，而外部設(shè)備區(qū)則不

4、允許。 65.2 存儲(chǔ)器映射存儲(chǔ)器映射5. 存儲(chǔ)器系統(tǒng)系統(tǒng)區(qū)系統(tǒng)區(qū)系統(tǒng)級(jí)組件，內(nèi)部私有外設(shè)總線，外部私有外設(shè)總線，以及由系統(tǒng)級(jí)組件，內(nèi)部私有外設(shè)總線，外部私有外設(shè)總線，以及由提供者定義的系統(tǒng)外設(shè)。提供者定義的系統(tǒng)外設(shè)。私有外設(shè)總線有兩條：私有外設(shè)總線有兩條： AHB私有外設(shè)總線，只用于私有外設(shè)總線，只用于CM3內(nèi)部的內(nèi)部的AHB外設(shè)（外設(shè)（NVIC, FPB, DWT和和ITM）。）。 APB私有外設(shè)總線，既用于私有外設(shè)總線，既用于CM3內(nèi)部的內(nèi)部的APB設(shè)備，也用于內(nèi)設(shè)備，也用于內(nèi)核外部設(shè)備。核外部設(shè)備。CM3允許器件制造商再添加一些片上允許器件制造商再添加一些片上APB外外設(shè)到設(shè)到APB私

5、有總線上，它們通過(guò)私有總線上，它們通過(guò)APB接口來(lái)訪問(wèn)。接口來(lái)訪問(wèn)。75.2 存儲(chǔ)器映射存儲(chǔ)器映射 5. 存儲(chǔ)器系統(tǒng)未用的提供商指定區(qū)：可通過(guò)系統(tǒng)總線來(lái)訪問(wèn)，但是不允未用的提供商指定區(qū)：可通過(guò)系統(tǒng)總線來(lái)訪問(wèn)，但是不允許在其中執(zhí)行指令。許在其中執(zhí)行指令。85.2 存儲(chǔ)器映射存儲(chǔ)器映射5. 存儲(chǔ)器系統(tǒng) CM3在定義了存儲(chǔ)器映射之外，還為存儲(chǔ)器的訪問(wèn)規(guī)定了在定義了存儲(chǔ)器映射之外，還為存儲(chǔ)器的訪問(wèn)規(guī)定了4種屬種屬性，分別是：性，分別是： 可否緩沖可否緩沖(Bufferable) 可否緩存可否緩存(Cacheable) 可否執(zhí)行可否執(zhí)行(Executable) 可否共享可否共享(Sharable) 95

6、.3 存儲(chǔ)器的各種訪問(wèn)屬性存儲(chǔ)器的各種訪問(wèn)屬性寫回(Write Back)： 寫入的數(shù)據(jù)先逗留在緩存中，待到必要時(shí)再落實(shí)到最終目的地，用于改善數(shù)據(jù)傳送的效率，減少對(duì)訪問(wèn)主存儲(chǔ)器的訪問(wèn)操作。 寫通(Write Through)： 寫操作“穿透”中途的緩存，直接落入最終的存儲(chǔ)器目的地址中，使寫操作的結(jié)果立即生效。5. 存儲(chǔ)器系統(tǒng)1.代碼區(qū)（代碼區(qū)（0 x0000_0000- 0 x1FFF_FFFF）。該區(qū)是可以執(zhí)）。該區(qū)是可以執(zhí)行指令的，緩存屬性為行指令的，緩存屬性為 WT（“寫通寫通”，Write Through），），即不可以緩存。此區(qū)允許布設(shè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。在此區(qū)上的數(shù)據(jù)即不可以緩存。此區(qū)允許

7、布設(shè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。在此區(qū)上的數(shù)據(jù)操作是通過(guò)數(shù)據(jù)總線接口的（讀數(shù)據(jù)使用操作是通過(guò)數(shù)據(jù)總線接口的（讀數(shù)據(jù)使用 D-Code，寫數(shù)據(jù)使，寫數(shù)據(jù)使用用 System），且在此區(qū)上的寫操作是緩沖的。），且在此區(qū)上的寫操作是緩沖的。 2.SRAM區(qū)（區(qū)（0 x2000_0000 0 x3FFF_FFFF）。此區(qū)用于片）。此區(qū)用于片內(nèi)內(nèi)SRAM，寫操作是緩沖的，并且可以選擇，寫操作是緩沖的，并且可以選擇WB-WA(Write Back, Write Allocated)緩存屬性。此區(qū)可以執(zhí)行指令，以允許緩存屬性。此區(qū)可以執(zhí)行指令，以允許把代碼拷貝到內(nèi)存中執(zhí)行把代碼拷貝到內(nèi)存中執(zhí)行常用于固件升級(jí)等維護(hù)工作。常用

8、于固件升級(jí)等維護(hù)工作。 105.3 存儲(chǔ)器的各種訪問(wèn)屬性存儲(chǔ)器的各種訪問(wèn)屬性5. 存儲(chǔ)器系統(tǒng)3.片上外設(shè)區(qū)片上外設(shè)區(qū)(0 x4000_0000 0 x5FFF_FFFF)。該區(qū)用于片。該區(qū)用于片上外設(shè)，因此是不可緩存的，也不可以在此區(qū)執(zhí)行指令。上外設(shè)，因此是不可緩存的，也不可以在此區(qū)執(zhí)行指令。 4.外部外部RAM區(qū)的前半段（區(qū)的前半段（0 x6000_0000 - 0 x7FFF_FFFF）。）。該區(qū)可用于布設(shè)片上該區(qū)可用于布設(shè)片上RAM或片外或片外RAM，可緩存（緩存屬性為，可緩存（緩存屬性為WB-WA），并且可以執(zhí)行指令。），并且可以執(zhí)行指令。 5.外部外部RAM區(qū)的后半段（區(qū)的后半段（0

9、 x8000_0000 0 x9FFF_FFFF）。除了不可緩存。除了不可緩存(WT)外，同前半段。外，同前半段。 115.3 存儲(chǔ)器的各種訪問(wèn)屬性存儲(chǔ)器的各種訪問(wèn)屬性5. 存儲(chǔ)器系統(tǒng)6.外部外設(shè)區(qū)的前半段外部外設(shè)區(qū)的前半段(0 xA000_0000 0 xBFFF_FFFF)。用于。用于片外外設(shè)的寄存器，也用于多核系統(tǒng)中的共享內(nèi)存（需要嚴(yán)格片外外設(shè)的寄存器，也用于多核系統(tǒng)中的共享內(nèi)存（需要嚴(yán)格按順序操作，即不可緩沖）。該區(qū)也是個(gè)不可執(zhí)行區(qū)。按順序操作，即不可緩沖）。該區(qū)也是個(gè)不可執(zhí)行區(qū)。 7.外部外設(shè)區(qū)的后半段外部外設(shè)區(qū)的后半段(0 xC000_0000 0 xDFFF_FFFF)。目前。目

10、前與前半段的功能完全一致。與前半段的功能完全一致。 8.系統(tǒng)區(qū)系統(tǒng)區(qū)(0 xE000_0000 0 xFFFF_FFFF)。此區(qū)是私有外設(shè)和。此區(qū)是私有外設(shè)和供應(yīng)商指定功能區(qū)。此區(qū)不可執(zhí)行代碼。系統(tǒng)區(qū)涉及到很多關(guān)供應(yīng)商指定功能區(qū)。此區(qū)不可執(zhí)行代碼。系統(tǒng)區(qū)涉及到很多關(guān)鍵部位，因此訪問(wèn)都是嚴(yán)格序列化的（不可緩存，不可緩沖）鍵部位，因此訪問(wèn)都是嚴(yán)格序列化的（不可緩存，不可緩沖）。而供應(yīng)商指定功能區(qū)則是可以緩存和緩沖的。而供應(yīng)商指定功能區(qū)則是可以緩存和緩沖的。 125.3 存儲(chǔ)器的各種訪問(wèn)屬性存儲(chǔ)器的各種訪問(wèn)屬性5. 存儲(chǔ)器系統(tǒng) CM3有一個(gè)缺省的存儲(chǔ)訪問(wèn)許可，它能防止使用戶代碼訪有一個(gè)缺省的存儲(chǔ)訪問(wèn)

11、許可，它能防止使用戶代碼訪問(wèn)系統(tǒng)控制存儲(chǔ)空間，保護(hù)問(wèn)系統(tǒng)控制存儲(chǔ)空間，保護(hù)NVIC、MPU 等關(guān)鍵部件。當(dāng)?shù)汝P(guān)鍵部件。當(dāng)沒(méi)有配備沒(méi)有配備MPU，或配備了，或配備了MPU，但是，但是MPU被除能時(shí)，缺省被除能時(shí)，缺省訪問(wèn)許可生效。訪問(wèn)許可生效。 當(dāng)一個(gè)用戶級(jí)訪問(wèn)被阻止時(shí)，會(huì)立即產(chǎn)生一個(gè)總線當(dāng)一個(gè)用戶級(jí)訪問(wèn)被阻止時(shí)，會(huì)立即產(chǎn)生一個(gè)總線fault。135.4 存儲(chǔ)器的缺省訪問(wèn)許可存儲(chǔ)器的缺省訪問(wèn)許可5. 存儲(chǔ)器系統(tǒng)存儲(chǔ)器區(qū)域 地址范圍 用戶級(jí)許可權(quán)限 代碼區(qū) 0000_0000 1FFF_FFFF 無(wú)限制 片內(nèi)SRAM 2000_0000 3FFF_FFFF 無(wú)限制 片上外設(shè) 4000_0000 5

12、FFF_FFFF 無(wú)限制 外部RAM 6000_0000 9FFF_FFFF 無(wú)限制 外部外設(shè) A000_0000 DFFF_FFFF 無(wú)限制 ITM E000_0000 E000_0FFF 可以讀。對(duì)于寫操作，除了用戶級(jí)下允許時(shí)的stimulus端口外，全部忽略 DWT E000_1000 E000_1FFF 阻止訪問(wèn)，訪問(wèn)會(huì)引發(fā)一個(gè)總線fault FPB E000_2000 E000_3FFF 阻止訪問(wèn)，訪問(wèn)會(huì)引發(fā)一個(gè)總線fault NVIC E000_E000 E000_EFFF 阻止訪問(wèn)，訪問(wèn)會(huì)引發(fā)一個(gè)總線fault。但有個(gè)例外：軟件觸發(fā)中斷寄存器可以被編程為允許用戶級(jí)訪問(wèn)。 內(nèi)部PP

13、B E000_F000 E003_FFFF 阻止訪問(wèn)，訪問(wèn)會(huì)引發(fā)一個(gè)總線fault TPIU E004_0000 E004_0FFF 阻止訪問(wèn)，訪問(wèn)會(huì)引發(fā)一個(gè)總線fault ETM E004_1000 E004_1FFF 阻止訪問(wèn)，訪問(wèn)會(huì)引發(fā)一個(gè)總線fault 外部PPB E004_2000 E004_2FFF 阻止訪問(wèn)，訪問(wèn)會(huì)引發(fā)一個(gè)總線fault ROM表 E00F_F000 E00F_FFFF 阻止訪問(wèn)，訪問(wèn)會(huì)引發(fā)一個(gè)總線fault 供應(yīng)商指定 E010_0000 FFFF_FFFF 無(wú)限制 145.4 存儲(chǔ)器的缺省訪問(wèn)許可存儲(chǔ)器的缺省訪問(wèn)許可5. 存儲(chǔ)器系統(tǒng)在在 CM3中，有兩個(gè)區(qū)中實(shí)

14、現(xiàn)了位帶。中，有兩個(gè)區(qū)中實(shí)現(xiàn)了位帶。一個(gè)是一個(gè)是SRAM區(qū)的最低區(qū)的最低1MB范圍，第二個(gè)則是片內(nèi)外設(shè)區(qū)的最范圍，第二個(gè)則是片內(nèi)外設(shè)區(qū)的最低低1MB范圍。這兩個(gè)位帶中的地址除了可以像普通的范圍。這兩個(gè)位帶中的地址除了可以像普通的 RAM 一樣使用外，它們還都有自己的一樣使用外，它們還都有自己的“位帶別名區(qū)位帶別名區(qū)”，位帶別名，位帶別名區(qū)把每個(gè)比特膨脹成一個(gè)區(qū)把每個(gè)比特膨脹成一個(gè) 32 位的字?？赏ㄟ^(guò)位帶別名區(qū)訪問(wèn)位的字?？赏ㄟ^(guò)位帶別名區(qū)訪問(wèn)這些字時(shí)，就可以達(dá)到訪問(wèn)原始比特的目的。這些字時(shí)，就可以達(dá)到訪問(wèn)原始比特的目的。位帶區(qū)：位帶區(qū)： 支持位帶操作的地址區(qū)支持位帶操作的地址區(qū) 位帶別名：位帶

15、別名： 對(duì)別名地址的訪問(wèn)最終會(huì)變換成對(duì)位帶區(qū)的訪問(wèn)對(duì)別名地址的訪問(wèn)最終會(huì)變換成對(duì)位帶區(qū)的訪問(wèn)155.5 位帶操作位帶操作5. 存儲(chǔ)器系統(tǒng)165.5 位帶操作位帶操作5. 存儲(chǔ)器系統(tǒng)舉例：欲設(shè)置地址舉例：欲設(shè)置地址0 x2000_0000中的比特中的比特2，則使用位帶操，則使用位帶操作的設(shè)置過(guò)程作的設(shè)置過(guò)程 寫數(shù)據(jù)到位帶別名區(qū)寫數(shù)據(jù)到位帶別名區(qū)175.5 位帶操作位帶操作5. 存儲(chǔ)器系統(tǒng)舉例：欲設(shè)置地址舉例：欲設(shè)置地址0 x2000_0000中的比特中的比特2，則使用位帶操，則使用位帶操作的設(shè)置過(guò)程作的設(shè)置過(guò)程 從位帶別名區(qū)中讀取比特從位帶別名區(qū)中讀取比特185.5 位帶操作位帶操作5. 存儲(chǔ)器

16、系統(tǒng)舉一個(gè)例子：舉一個(gè)例子： 1.在地址在地址0 x20000000處寫入處寫入0 x3355AACC 2.讀取地址讀取地址0 x22000008。本次讀訪問(wèn)將讀取。本次讀訪問(wèn)將讀取0 x20000000，并提取比特并提取比特2，值為，值為1。 3.往地址往地址0 x22000008處寫處寫0。本次操作將被映射成對(duì)地址。本次操作將被映射成對(duì)地址0 x20000000的的“讀改寫讀改寫”操作（原子的），把比特操作（原子的），把比特2清清0。 4.現(xiàn)在再讀取現(xiàn)在再讀取0 x20000000，將返回，將返回0 x3355AAC8（bit2已已清零）。清零）。 位帶別名區(qū)的字只有位帶別名區(qū)的字只有LS

17、B有意義。另外，在訪問(wèn)位帶別名區(qū)時(shí)有意義。另外，在訪問(wèn)位帶別名區(qū)時(shí)，不管使用哪一種長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)傳送指令（字，不管使用哪一種長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)傳送指令（字/半字半字/字節(jié)），都字節(jié)），都把地址對(duì)齊到字的邊界上，否則會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)料的結(jié)果。把地址對(duì)齊到字的邊界上，否則會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)料的結(jié)果。 195. 存儲(chǔ)器系統(tǒng)在位帶區(qū)中，每個(gè)比特都映射到別名地址區(qū)的一個(gè)字在位帶區(qū)中，每個(gè)比特都映射到別名地址區(qū)的一個(gè)字這是這是個(gè)只有個(gè)只有LSB才有效的字。才有效的字。當(dāng)一個(gè)別名地址被訪問(wèn)時(shí)，會(huì)先把該地址變換成位帶地址。對(duì)當(dāng)一個(gè)別名地址被訪問(wèn)時(shí)，會(huì)先把該地址變換成位帶地址。對(duì)于讀操作，讀取位帶地址中的一個(gè)字，再把需要的位右移到于

18、讀操作，讀取位帶地址中的一個(gè)字，再把需要的位右移到LSB，并把，并把LSB返回。對(duì)于寫操作，把需要寫的位左移至對(duì)應(yīng)返回。對(duì)于寫操作，把需要寫的位左移至對(duì)應(yīng)的位序號(hào)處，然后執(zhí)行一個(gè)原子的的位序號(hào)處，然后執(zhí)行一個(gè)原子的“讀改寫讀改寫”過(guò)程。過(guò)程。 205.5 位帶操作位帶操作5. 存儲(chǔ)器系統(tǒng)215.5 位帶操作位帶操作5. 存儲(chǔ)器系統(tǒng)位帶操作的優(yōu)越性位帶操作的優(yōu)越性 使代碼更簡(jiǎn)潔使代碼更簡(jiǎn)潔 用于實(shí)現(xiàn)共享資源在任務(wù)間的用于實(shí)現(xiàn)共享資源在任務(wù)間的“互鎖互鎖”訪問(wèn)。訪問(wèn)。 225.5 位帶操作位帶操作5. 存儲(chǔ)器系統(tǒng)多任務(wù)的共享資源必須滿足一次只有一個(gè)任務(wù)訪問(wèn)它多任務(wù)的共享資源必須滿足一次只有一個(gè)任務(wù)訪問(wèn)它亦即所謂的亦即所謂的“原子操作原子操作”。以前的讀改寫需要。以前的讀改寫需要 3 條指條指令，導(dǎo)致這中間留有兩個(gè)能被中斷的空當(dāng)。于是可能會(huì)出令，導(dǎo)致這中間留有兩個(gè)能被中斷的空當(dāng)。于是可能會(huì)出現(xiàn)紊亂危象：現(xiàn)紊亂危象：23ISR 5