ARM存储系统概述

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ARM存储系统的体系结构适应不同的嵌入式应用系统的需要差别很大。最简单的存储系统使用平办事的地址映射机制，就像一些简单的弹片机系统中一样，地址空间的分配方式是固定的，系统各部分都使用物理地址。而一些复杂系统可能包括下面的一种或几种技术，从而提供更为强大的存储系统。

**系统中可能包含多种类型的存储器，如FLASH,ROM,RAM,EEPROM等，不同类型的存储器的速度和宽度等各不相同。
+ F% Q; t. Q; i+ E0 q9 |**通过使用CACHE及WRITE BUFFER技术缩小处理器和存储系统速度差别，从而提高系统的整体性能。
**内存管理部件通过内存映射技术实现虚拟空间到物理空间的映射。在系统加电时，将ROM/FLASH影射为地址0，这样可以进行一些初始化处理；当这些初始化完成后将RAM地址影射为0，并把系统程序加载到RAM中运行，这样很好地解决了嵌入式系统的需要。
& p) b: d5 a, j! A  U8 }**引入存储保护机制，增强系统的安全性。
**引入一些机制保证I/O操作应设成内存操作后，各种I/O操作能够得到正确的结果。

' f1 N0 y( Y. p**与存储系统相关的程序设计指南**
本节从外部来看ARM存储系统，及ARM存储系统提供的对外接口。本节介绍用户通过这些接口来访问ARM存储系统时需要遵守的规则。
( _# b/ r2 F& s) f) k: m
1.地址空间
ARM体系使用单一的和平板地址空间。该地址空间大小为2^32个8位字节，这些字节的单元地址是一个无符号的32位数值，其取值范围为0~2^32-1。ARM地址空间也可以看作是2^30个32位的字单元。这些字单元的地址可以被4整除，也就是说该地址低两位为0b00。地址为A的字数据包括地址为A、A+1、A+3、A+3 4个字节单元的内容。
各存储单元的地址作为32为无符号数，可以进行常规的整数运算。这些运算的结果进行2^32取模。
1 n( m; \1 ^8 n$ A程序正常执行时，每执行一条ARM指令，当前指令计数器加4个字节；每执行一条Thumb指令，当前指令计数器加2个字节。但是，当地址上发生溢出时，执行结果将是不可预知的。
' j! Y2 q6 c* v- }, n2.存储器格式
在ARM中，如果地址A是字对齐的，有下面几种：
7 v' v" [2 E: P- l**地址为A的字单元包括字节单元A,A+1,A+2,A+3。
* S5 |: i3 D6 w3 _1 y) k**地址为A的班子单元包括字节单元A,A+1。
**地址为A+2的半字单元包括字节单元A+2,A=3.
**地址为A的字单元包括半字节单元A，A+2。
在big-endian格式中，对于地址为a的字单元其中字节单元由高位到低位字节顺序为A,A+1,A=2，A+3;这种存储器格式如下所示：
' g- S6 j  o( N# V
31 24 23 16 15 8 7 0
--------------------------------------------------------------------
字单元A |
--------------------------------------------------------------------
半字单元A | 半字单元A+2 |
/ X* i( \+ m9 Q7 O/ [2 t--------------------------------------------------------------------
字节单元A | 字节单元A+1 | 字节单元A+2 | 字节单元A+3|
--------------------------------------------------------------------
9 M: j% K5 d) F! {+ e
6 Z( [. l& F5 B- L8 e+ I在little-endian格式中，对于地址为A的字单元由高位到低位字节顺序为A+3,A+2,A+1,A，这种存储格式如下所示
. y0 f' c. \  X0 T: T; F
31 24 23 16 15 8 7 0
--------------------------------------------------------------------
( Y) Y3 s. J  [0 u$ r7 ^+ S字单元A |
--------------------------------------------------------------------
半字单元A+2 | 半字单元A |
5 l% _5 |/ a9 U  w, p--------------------------------------------------------------------
, F) |# @9 n6 w) U字节单元A+3 |字节单元A+2 | 字节单元A+1 | 字节单元A |
--------------------------------------------------------------------
& _8 N8 Z. [2 T' L) N3 t
在ARM系统中没有提供指令来选择存储器格式。如果系统中包含标准的ARM控制协处理器CP15，则CP15的寄存器C1的位[7]决定系统中存储器的格式。当系统复位时，寄存器C1的[7]值为零，这时系统中存储器格式为little-endian格式。如果系统中采用的是big-endian格式，则复位异常中断处理程序中必须设置c1寄存器的[7]位。
* Z/ R2 f7 o% C. J* ?
3.非对齐的存储访问操作
非对齐：位于arm状态期间，低二位不为0b00；位于Thumb状态期间，最低位不为0b0。
. G- U: C* I/ a5 m% H+ u3.1非对齐的指令预取操作
如果系统中指定当发生非对齐的指令预取操作时，忽略地址中相应的位，则由存储系统实现这种忽略。
! O5 G( L: H& @0 m3.2非对齐的数据访问操作
' V- j, ^' a4 T* g0 s. Q& p/ d. y" n对于LOAD/STORE操作，系统定义了下面3中可能的结果：
***执行结果不可预知
; w; z1 W3 d& V6 G4 q" e$ E***忽略字单元地址低两位的值，即访问地址为字单元；忽略半字单元最低位的值，即访问地址为半字单元。
1 C, |% e0 G1 e# ^$ ^***由存储系统忽略字单元地址中低两位的值，半字单元地址最低位的值。
/ J% }% S/ s0 C
6 C" ]+ u, R/ ^- O$ ]7 Q+ p0 |3 U4.指令预取和自修改代码
+ S0 b5 P$ ~% ^8 c: R" ~当用户读取PC计数器的值时，返回的是当前指令下面的第二条指令的地址。对于ARM指令来说，返回当前指令地址值加8个字节；对于Thumb指令来说，返回值为当前指令地址值加4个字节。
自修改代码指的是代码在执行过程中修改自身。应尽量避免使用。
5.存储器映射的I/O空间
9 C4 i7 x( Z4 W9 p, ^7 k- t3 }在ARM中，I/O操作通常被影射为存储器操作。通常需要将存储器映射的I/O空间设置成非缓冲的。

" \, M  l& T5 R, p*************************************************************

ARM编译器支持的数据类型
8 H$ A1 Z* B! D1 R% Q" Q$ Q
8 @4 v( A2 }) G) N9 [& |2 c************************************************************
数据类型长度（位）对齐特性
0 c+ H$ z; f9 q8 Y- @Char 8 1(字节对齐)
9 `2 _3 o1 t; t2 m. e2 `short 16 2(百字对齐)
/ W9 E9 M' _1 G; bInt 32 4(字对齐)
Long 32 4(字对齐)
7 X( z8 y% q  k6 {; e9 vLonglong 64 4(字对齐)
- J$ }( ~! z+ B9 k) R; u: L  l: W, qFloat 32 4(字对齐)
5 J8 q: j% K* [( B+ Q+ @3 tDouble 64 4(字对齐)
Long double 64 4(字对齐)
) P5 F2 i' \+ f, WAll pointers 32 4(字对齐)
Bool(C++ only) 32 4(字对齐)
( F- ^0 b2 y# ^# v, ]; t
2 \- \$ y: a( F& a" r1 q: n1.整数类型
在ARM体系中，整数类型是以2的补码形式存储的。对于long long类型来说，在little endian内存模式下，其低32位保存在低地址的字单元中，高32为保存在高地址的字单元中；在big endian模式下，其低32位保存在高地址的字单元中，高32为保存在低地址的字单元中。对于整型数据的操作遵守下面的规则：
/ v6 k( a4 X% t: L$ X% e5 Q**所有带符号的整型书的运算是按照二进制的补码进行的。
**带符号的整型数的运算不进行符号的扩展。
**带符号的整型数的右移操作是算数移位。
' a8 e) ^8 l2 @: c$ v**制定的移位位数的数是8位的无符号数。
8 N# x+ X( @; g  Y$ I**进行移位操作的数被作为32位数。
**超过31位的逻辑左移的结果为0。
**对于无符号数和有符号的正数来说，超过32位的右移操作结果为0；对于有符号的负数来说，超过32位的右移操作结果为-1。
**整数除法运算的余数和除数有相同的符号。
**当把一个整数截断成位数更短的整数类型的数时，并不能保证所得到的结果的最高位的符号位的正确性。
$ j% H7 k8 p  e& d! @**整型数据之间的类型转换不会产生异常中断。
* k% R$ v; X' K- W$ q& z& o**整型数据的溢出不会产生异常中断。
**整型数据除以0将会产生异常中断。
" S0 c: ?' c3 H: s$ w* ]# k! S2.浮点数
在ARM体系中，浮点数是按照IEEE标准存储的。
: K9 n# L* o3 d5 F; W; u**float类型的数是按照IEEE的单精度数表示的。
4 o" d; N5 N" ^0 x/ [**double和long double 是用IEEE的双精度数表示的。
! t+ H; I1 B; Q4 z. @对于浮点数的操作遵守下面的规则：
**遵守正常的IEEE754规则。
**当默认情况下禁止浮点数运算异常中断。
**当发生卷绕时，用最接近的数据来表示。
3.指针类型的数据
下面的规则适用于处数据成员指针以外的其他指针：
**NULL被定义为0。
**相邻的两个存储单元地址相差一。
) \+ C+ x0 S8 w' L  T**在指向函数的指针和指向数据的指针进行数据转换时，编译器将会产生警告信息。
! `( T6 x$ g$ P& U**类型size_t被定义为unsigned int.
**类型ptrdiff_t被定义为signed int。
6 p. z+ i. Z8 J+ h) F9 P# u**两个指针类型的数据相减时，结果可以按照下面的公式得到。
((int)a-(int)b)/(int)sizeof(type pointed to)
这时，只要指针所指的对象不是pack的，其对齐特性能够满足整除的要求

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