Cortex-A 系列CP15协处理器简单解析
CP15 协处理器一般用于存储系统管理,但是在中断中也会使用到, CP15 协处理器一共有16 个 32 位寄存器(c0-c15)。 CP15 协处理器的访问通过其独特的语法指令完成,如下所示:
(move to register from controller;move to controller to register)
MRC: 将** CP15 协处理器中的寄存器数据读到 ARM 寄存器中**。
MCR: 将 ARM 寄存器的数据写入到 CP15 协处理器寄存器中。
MRC 就是读 CP15 寄存器, MCR 就是写 CP15 寄存器, MCR 指令格式如下:
MCR{cond} p15, <opc1>, <Rt>, <CRn>, <CRm>, <opc2>
cond: 指令执行的条件码,如果忽略的话就表示无条件执行。
opc1: 协处理器要执行的操作码。
Rt: ARM 源寄存器,要写入到 CP15 寄存器的数据就保存在此寄存器中。
CRn: CP15 协处理器的目标寄存器。
CRm: 协处理器中附加的目标寄存器或者源操作数寄存器,如果不需要附加信息就将
CRm 设置为 C0,否则结果不可预测。
opc2: 可选的协处理器特定操作码,当不需要的时候要设置为 0。
MRC 的指令格式和 MCR 一样,只不过在 MRC 指令中 Rt 就是目标寄存器,也就是从CP15 指定寄存器读出来的数据会保存在 Rt 中。而 CRn 就是源寄存器,也就是要读取的写处理器寄存器。
假如我们要将 CP15 中 C0 寄存器的值读取到 R0 寄存器中,那么就可以使用如下命令:
MRC p15, 0, r0, c0, c0, 0
CP15 协处理器有 16 个 32 位寄存器, c0~c15,我们来看一下 c0、 c1、 c12 和 c15 这四个寄存器,因为我们本次做的这个GPIO中断实验要用到这四个寄存器。
1、 c0 寄存器
CP15 协处理器有 16 个 32 位寄存器, c0~c15,在使用 MRC 或者 MCR 指令访问这 16 个寄存器的时候,指令中的 CRn、 opc1、 CRm 和 opc2 通过不同的搭配,其得到的寄存器含义是不同的。比如 c0 在不同的搭配情况下含义如下图所示
在上图中当 MRC/MCR 指令中的 CRn=c0, opc1=0, CRm=c0, opc2=0 的时候就表示此时的 c0 就是 MIDR 寄存器,也就是主 ID 寄存器,这个也是 c0 的基本作用。对于 Cortex-A7内核来说, c0 作为 MDIR 寄存器的时候其含义如图
在图中各位所代表的含义如下:
bit31:24: 厂商编号, 0X41, ARM。
bit23:20: 内核架构的主版本号, ARM 内核版本一般使用 rnpn 来表示,比如 r0p1,其中r0后面的 0 就是内核架构主版本号。
bit19:16: 架构代码, 0XF, ARMv7 架构。
bit15:4: 内核版本号, 0XC07, Cortex-A7 MPCore 内核。
bit3:0: 内核架构的次版本号, rnpn 中的 pn,比如 r0p1 中 p1 后面的 1 就是次版本号。
2、 c1 寄存器
c1 寄存器同样通过不同的配置,其代表的含义也不同,如图所示:在图中当 MRC/MCR 指令中的 CRn=c1, opc1=0, CRm=c0, opc2=0 的时候就表示此时的 c1 就是 SCTLR 寄存器,也就是系统控制寄存器,这个是 c1 的基本作用。 SCTLR 寄存器主要是完成控制功能的,比如使能或者禁止 MMU、 I/D Cache 等, c1 作为 SCTLR 寄存器的时候其含义如下图所示:
SCTLR 的位比较多,我们就会用到的几个位:
bit13: V , 中断向量表基地址选择位,为 0 的话中断向量表基地址为 0X00000000,软件可以使用 VBAR 来重映射此基地址,也就是中断向量表重定位。为 1 的话中断向量表基地址为0XFFFF0000,此基地址不能被重映射。
bit12: I, I Cache 使能位,为 0 的话关闭 I Cache,为 1 的话使能 I Cache。
bit11: Z,分支预测使能位,如果开启 MMU 的话,此为也会使能。
bit10: SW, SWP 和 SWPB 使能位,当为 0 的话关闭 SWP 和 SWPB 指令,当为 1 的时候就使能 SWP 和 SWPB 指令。
bit9:3: 未使用,保留。
bit2: C, D Cache 和缓存一致性使能位,为 0 的时候禁止 D Cache 和缓存一致性,为 1 时
使能。
bit1: A,内存对齐检查使能位,为 0 的时候关闭内存对齐检查,为 1 的时候使能内存对齐检查。
bit0: M, MMU 使能位,为 0 的时候禁止 MMU,为 1 的时候使能 MMU。
如果要读写 SCTLR 的话,就可以使用如下命令:
MRC p15, 0, <Rt>, c1, c0, 0 ;读取 SCTLR 寄存器,数据保存到 Rt 中。
MCR p15, 0, <Rt>, c1, c0, 0 ;将 Rt 中的数据写到 SCTLR(c1)寄存器中
3、 c12 寄存器
c12 寄存器通过不同的配置,其代表的含义也不同,如图在图当 MRC/MCR 指令中的 CRn=c12, opc1=0, CRm=c0, opc2=0 的时候就表示此时 c12 为 VBAR 寄存器,也就是向量表基地址寄存器。设置中断向量表偏移的时候就需要将新的中断向量表基地址写入 VBAR 中,比如在前面的例程中,代码链接的起始地址为0X87800000,而中断向量表肯定要放到最前面,也就是 0X87800000 这个地址处。所以就需要设置 VBAR 为 0X87800000,设置命令如下:
ldr r0, =0X87800000 ; r0=0X87800000
MCR p15, 0, r0, c12, c0, 0 ;将 r0 里面的数据写入到 c12 中,即 c12=0X87800000
4、 c15 寄存器
c15 寄存器也可以通过不同的配置得到不同的含义,其配置如图所示:
我们需要 c15 作为 CBAR 寄存器,因为 GIC 的基地址就保存在 CBAR
中,我们可以通过如下命令获取到 GIC 基地址:MRC p15, 4, r1, c15, c0, 0 ;
获取 GIC 基础地址,基地址保存在 r1 中。
获取到 GIC 基地址以后就可以设置 GIC 相关寄存器了,比如我们可以读取当前中断 ID,当前中断 ID 保存在 GICC_IAR 中,寄存器 GICC_IAR 属于 CPU 接口端寄存器,寄存器地址相对于 CPU 接口端起始地址的偏移为 0XC,因此获取当前中断 ID 的代码如下:
MRC p15, 4, r1, c15, c0, 0 ;获取 GIC 基地址
ADD r1, r1, #0X2000 ;GIC 基地址加 0X2000 得到 CPU 接口端寄存器起始地址
LDR r0, [r1, #0XC] ;读取 CPU 接口端起始地址+0XC 处的寄存器值,也就是寄存器;GIC_IAR 的值
关于 CP15 协处理器就讲解到这里,简单总结一下,
- 1.通过 c0 寄存器可以获取到处理器内核信息;
- 2.通过 c1 寄存器可以使能或禁止 MMU、 I/D Cache 等;
- 3.通过 c12 寄存器可以设置中断向量偏移;
- 4.通过 c15 寄存器可以获取 GIC 基地址。
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