ARM内存管理MMU详解

寄存器6，或故障地址寄存器(FAR)，包含当最后故障出现时尝试访问的MVA 。FAR只会因数据故障而改变，不会因预取故障改变。

对FAR 的写性能，允许调试器保存一个先前状态。

CP15寄存器7，缓存工作寄存器
访问: 只写

CP15寄存器7，或缓存工作寄存器，用以管理指令缓存(ICache) 与数据缓存(DCache)。

每个缓存工作功能由pcode_2 及使用写CP15 寄存器7 的MCR 指令的CRm 域选定。

详细内容参照手册。

CP15寄存器8， TLB 工作寄存器
访问: 只读

CP15寄存器8，或转换后备缓冲器(TLB)工作寄存器，用于管理指令TLB与数据TLB。

使用opcode_2及写CP15 寄存器8 的MCR 指令中的CRm域选定TLB 工作 。

TLB:Translation Lookaside Buffer. 根据功能可以译为快表,直译可以翻译为旁路转换缓冲,也可以把它理解成页表缓冲.里面存放的是一些页表文件(虚拟地址到物理地址的转换表).当处理器要在主内存寻址时,不是直接在内存的物理地址里查找的,而是通过一组虚拟地址转换到主内存的物理地址,TLB就是负责将虚拟内存地址翻译成实际的物理内存地址,而CPU寻址时会优先在TLB中进行寻址.处理器的性能就和寻址的命中率有很大的关系.
二,为什么要引入TLB:
映射机制必须使一个程序能断言某个地址在其自己的进程空间或地址空间内,并且能够高效的将其转换为真实的物理地址以访问内存.一个方法是使用一个含有整个空间内所有页的入口(entry)的表(即页表),每个入口包含这个页的正确物理地址.这很明显是个相当大的数据结构,因而不得不存放于主存之中.
由于CPU首先接到的是由程序传来的虚拟内存地址,所以CPU必须先到物理内存中取页表,然后对应程序传来的虚拟页面号,在表里找到对应的物理页面号,最后才能访问实际的物理内存地址,也就是说整个过程中CPU必须访问两次物理内存(实际上访问的次数更多).因此,为了减少CPU访问物理内存的次数,引入TLB.。通常在ARM 的实现中每个内存接口有一个TLB。

· 有一个存储器接口的系统通常有一个唯一的TLB

· 指令和数据的内存接口分开的系统通常有分开的指令TLB 和数据TLB

当存储器中的转换表被改变或选中了不同的转换表(通过写CP15 的寄存器2)，先前在TLB中的转换表遍历结果将不再有效。MMU 结构提供了刷新TLB 的操作。MMU 结构也允许特定的转换表遍历结果被锁定在一个TLB 中，这就保证了对相关的存储器区域的访问绝不会导致转换表遍历，这也对那些把指令和数据锁定在高速缓存中的实时代码有相同的好处。

试图用MRC 指令读CP15 寄存器8 的结果不确定。当只有很少量的存储器被重新映射时，无效的单一入口操作能被用来在一些实现中改善性能。对每个被重新映射的存储器区域（节、小页或大页），无效的单一入口需要在存储器区域的虚拟地址上执行。性能的改善来源于不用重新装载与没有被重新映射的存储器区域相关的TLB 入口。

---小心------

当存储器被重新映射时必须使与旧的映射相关的TLB 入口无效。如果不这样，可能会进入两个TLB 入口覆盖虚拟地址范围的状态。在最好的情况下访问这样的覆盖虚拟地址范围会有不可预料的结果；在某些实现中甚至会物理损坏MMU。强烈建议在重新映射存储器时要加倍小心使TLB 适当地失效。

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CP15寄存器9，缓存上锁寄存器
访问: 读/ 写

CP15寄存器9，或缓存上锁寄存器，复位时值为0x0。缓存上锁寄存器允许软件控制在ICache或DCache上的缓存线上载入填充。防止在填充时ICache 或 DCache 被驱逐，将其锁定在缓存中。

由CP15 寄存器9 读取返回缓存上锁寄存器值，即所有缓存段的基地址指针。只返回[31:26]，其它值不可预见。

对CP15 寄存器9 写入更新缓存上锁寄存器，所有缓存段基地址与当前地址指针更新。

CP15寄存器10， TLB 上锁寄存器
访问: 读/ 写

CP15寄存器10，或 TLB上锁寄存器复位时值为0x0。每个TLB均有一个TLSB上锁寄存器；opcode_2值确定访问哪个TLB寄存器：

opcode_2 = 0x0 ， D TLB 寄存器

opcode_2 = 0x1， I TLB寄存器

转换表遍历的执行需要一定的时间，特别当访问慢速的主存储器时。在实时中断处理程序中，当TLB 不包含中断处理程序的转换和/或要访问的数据时，中断延迟回大量加长。

TLB 锁定是一些ARM 存储器系统的特性，它允许把特定的转换表遍历的结果装载到TLB 中。这种方式不会被后来的转换表遍历的结果覆盖。由CP15 寄存器10 设定。设 W=LOG2(TLB 入口数)，如果需要的话取整(round-up)，则CP15 寄存器10 的格式为：

如果具体的实现有分开的指令和数据TLB，那么有2 个不同的寄存器，由访问寄存器10 的MCR 或MRC 指令中的opcode2 字段选择：

opco