ARM汇编指令3 - CP15协处理器介绍和操作方法
一. ARM CP15协处理器寄存器简介
CP15协处理器寄存器是ARM处理器里面的一些有特殊功能的寄存器，CP15协处理器一般包括C0 - C15寄存器，它们分别控制高速缓存cache，MMU，TLB等功能，下面分别介绍
二. CP15寄存器访问
1. CP15协议处理器指令的编码格式
op1 ： 协处理器行为操作码，对于CP15，op1必须为0b000（二进制0），否则结果未知。
rd ：不能是r15/pc寄存器，否则结果未知。
crn ：作为目标寄存器的协处理器寄存器，编号为C0 - C15。
crm ：附加的目标寄存器或源操作数寄存器，如果不需要设置附加信息，将crm设置为C0，否则结果未知。
op2 ：提供附加信息比如寄存器版本号或者访问类型。用于区分同一编号的不同物理寄存器，可以省略op2或将其设置为0，否则结果未知。
2. 汇编指令语法
mcr ：将ARM处理器的寄存器中的数据写到CP15中的寄存器中。
语法：
mcr{
mrc ：将CP15中的寄存器中的数据读到ARM处理器的寄存器中。
语法：
mcr{
三. CP15寄存器介绍
1. C0 - ID编码和cache类型（只读）
访问主标识符寄存器：
指令格式如下：
mrc p15, 0, r0, c0, c0, 0 ; 将主标识符寄存器C0的值读到r0中。
不同的处理器的主标识符寄存器的编码格式说明如下：
ARM7之后处理器的主标识符编码格式：
[ 3 - 0 ] ：生产商定义的处理器版本号
[ 15 - 4 ] ：生产商定义的产品主编号
[ 19 - 16 ] ： 0x1 - ARMv4，0x2 - ARMv4T，0x3 - ARMv5, 0x4 - ARMv5T，0x5 - ARMv5TE
[ 23 - 20 ] ： 生产产商定义的产品子编号
[ 31 - 24 ] ：生产产商编号。0x41 - ARM公司，0x44 - Digital Equipment公司， 0x69 - intel公司
ARM7和之前的省略。
cache类型标识符寄存器：
指令格式如下：
mrc p15, 0, r0, c0, c0, 1 ; 将cache类型标识符寄存器C0的值读到r0中。
cache类型标识符寄存器的编码格式：
[ 28 - 25 ] ：字段说明如下表所示：
[ 24 ] ：定义系统中的数据cache和指令cache是统一或者分开的。0 - 系统的指令cache和数据cache是统一的，1 - 系统的指令cache和数据cache是分开的。
[ 23 - 12 ] ：定义数据cache的相关属性，如果位24为0，本字段定义整个cache的属性
[ 11 - 0 ] ： 定义指令cache的相关属性，如果位24为0，本字段定义整个cache属性
数据cache和指令cache的编码格式如下：
2. C1 - 控制位
指令格式：
mrc p15, 0, r0, c1, c0{, 0} ; 将CP15的寄存器C1的值读到r0中
mcr p15, 0, r0, c1, c0{, 0} ; 将r0的值写到CP15的寄存器C1中
CP15寄存器C1的编码格式及其含义：
M ：0 - 禁止MMU或者PU，1 - 使能MMU或者PU
A ：0 - 禁止地址对齐检查，1 - 使能地址对齐检查
C ：0 - 禁止数据/指令cache，1 - 使能数据/指令cache
W ：0 - 禁止写缓冲，1 - 使能写缓冲
P ：0 - 异常中断处理程序进去32位地址模式，1 - 异常中断进入26位地址模式
D ：0 - 禁止26位地址异常检查，1 - 使能26位地址异常检查
L ：0 - 选择早期终止模型，1 - 选择后期终止模型
B ：0 - 小端模式，1 - 大端模式
S ： 在基于MMU的存储系统中，本位用于系统保护
R ：在基于MMU的存储系统中，本位用作ROM保护
F ：0 - 由生产产商确定
Z ： 0 - 禁止跳转预测功能，1 - 使能跳转预测功能
I ：0 - 禁止指令cache，1 - 使能指令cache
V ：0 - 选择低端异常中断向量0x0 - 0x1c，1 - 选择高端异常中断向量0xffff0000 - 0xffff001c
RR ：0 - 选择常规的cache淘汰算法，如随机淘汰，1 - 预测性淘汰算法，如round-robin淘汰算法
L4 ：0 - 保持ARMv5以上版本的正常功能，1 - 将ARMv5以上版本与以前版本处理器兼容
3. C2 - 地址转换表基地址
C2保存的是页表的基地址，即一级映射描述符表的基地址
4. C3 - 域访问控制位
C3定义ARM处理器的16个域的访问权限
5. C5 - 内存失效状态
6. C6 - 内存失效地址
7. C7 - 高速缓存与写缓存控制
8. C8 - TLB控制
9. C9 - 高速缓存锁定
10. C10 - TLB锁定
13. C13 - 进程标识符
14. C15 - 因不同设计而异
四. 总结
学习CP15协处理器寄存器对于深入学习ARM的一些机制非常重要，为分析Linux内核启动时运行的汇编代码非常有帮助，后续的CP15寄存器用到时再来补充。