ARM存储系统概述

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0 Q9 B2 Z. T) j' E, W$ |2 H0 SARM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。
**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。
' F( W$ X! v$ D6 I- K; I& P**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。
' S# G* m3 J& z4 X
3 g  ~; f# p& M**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。
1 M, I' @" c% _: e6 @7 t
1.地址空间
9 e4 J1 Q8 q8 s' ^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。
$ U, A: z' U* f/ F( r1 Z+ }) o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。
/ M1 C4 i3 B: U+ z( |" g$ k4 U+ `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。
! {9 F1 h& r: d. F2.存储器格式
( x; v4 \1 R$ t7 O在ARM中，如果地址A是字对齐的，有下面几种：
* Y/ T* \6 d+ m& t**地址为A的字单元包括字节单元A,A+1,A+2,A+3。
2 S/ V( y2 k* ]1 D% N**地址为A的班子单元包括字节单元A,A+1。
5 h, n- ?# g! y( c- j' ]**地址为A+2的半字单元包括字节单元A+2,A=3.
  ]  [3 ?, I3 F# N7 m# }**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：
' Z" |* K/ ~4 H' r
31 24 23 16 15 8 7 0
--------------------------------------------------------------------
字单元A |
7 H3 I4 S, w+ u" v--------------------------------------------------------------------
0 Z5 c9 Y- D- `& d( v6 e+ o半字单元A | 半字单元A+2 |
$ T: b1 u6 Z( b, t: `7 W+ x--------------------------------------------------------------------
字节单元A | 字节单元A+1 | 字节单元A+2 | 字节单元A+3|
--------------------------------------------------------------------

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

7 Q6 h4 a, }( B: P31 24 23 16 15 8 7 0
4 w/ M( f% M: ?6 m  Q5 r--------------------------------------------------------------------
字单元A |
--------------------------------------------------------------------
5 p; B  d( ~9 @5 I8 c半字单元A+2 | 半字单元A |
2 ]  |5 x$ I2 X0 ^& D# X--------------------------------------------------------------------
字节单元A+3 |字节单元A+2 | 字节单元A+1 | 字节单元A |
+ P/ B, f' n- w; u2 c--------------------------------------------------------------------
6 a0 v+ U% |  i1 @$ G2 B
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。

3.非对齐的存储访问操作
$ U9 R" M  C! D  d2 o3 U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。
: n+ d" f# ~+ O9 t, x( F; @5 W3.1非对齐的指令预取操作
3 ]+ F& w1 E; j% t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。
. T* T! z, m. Y2 u0 ?+ b1 _3.2非对齐的数据访问操作
0 w. U& }' R) n, b- g3 _  W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
***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。
***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。
) `8 t% K! v; j2 N4 ~8 r: P4 i1 o( f
% q/ o; g1 R! P8 ]3 p6 z4.指令预取和自修改代码
6 U$ I/ G2 c& G5 L" ~% ]$ d( I2 T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。
/ l( y; D1 h' g& ]- P  k' J5.存储器映射的I/O空间
  \8 a, ^1 p3 ~7 ~. u: a4 [' e* B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。
6 t- I3 ?# A# _3 W
*************************************************************

ARM编译器支持的数据类型

9 o1 q3 n6 J! q; }0 d************************************************************
数据类型长度（位）对齐特性
Char 8 1(字节对齐)
- _+ _5 W; e5 m6 v0 p/ r- zshort 16 2(百字对齐)
Int 32 4(字对齐)
1 F. t$ ]7 d. |. B. [# @2 GLong 32 4(字对齐)
Longlong 64 4(字对齐)
- R$ h! }" L/ G$ E7 `4 V! j; @Float 32 4(字对齐)
# J+ D9 d- }0 \) V; f/ F' ~0 \: yDouble 64 4(字对齐)
Long double 64 4(字对齐)
All pointers 32 4(字对齐)
) z0 }1 ?* t6 o4 I0 lBool(C++ only) 32 4(字对齐)
4 P6 ?) f- s4 ?; \" n
1.整数类型
; A( i" v: y% H, E9 A/ C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：
' F" y- r7 H. k# @**所有带符号的整型书的运算是按照二进制的补码进行的。
7 H0 }$ n4 U) B) X0 Q: z**带符号的整型数的运算不进行符号的扩展。
4 G* o' o: j" D4 L  e. `8 a5 m1 {* Y**带符号的整型数的右移操作是算数移位。
**制定的移位位数的数是8位的无符号数。
**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。
& m! {+ X, ?( U7 S2 O- a**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。
**整型数据之间的类型转换不会产生异常中断。
# f. f( @5 V9 O0 @**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。
2.浮点数
0 z, c) x  R) w在ARM体系中，浮点数是按照IEEE标准存储的。
**float类型的数是按照IEEE的单精度数表示的。
# j0 y* @: _8 Y' T) c- z**double和long double 是用IEEE的双精度数表示的。
2 O+ y6 I3 h6 \- O/ x) x2 D7 s对于浮点数的操作遵守下面的规则：
**遵守正常的IEEE754规则。
( h- M% l" b& j* O2 ^**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。
- F7 I1 W- G# E" b3.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：
( j/ \0 R( N0 G* R1 G) ~**NULL被定义为0。
**相邻的两个存储单元地址相差一。
**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。
" k2 i  V% g- U& B1 T0 i1 \; c) m**类型size_t被定义为unsigned int.
**类型ptrdiff_t被定义为signed int。
**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)
- p1 j: R$ U. o* ^* _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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ARM存储系统概述