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, , , , , 
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。