概述

在基于ARM的嵌入式应用系统中，存储系统的操作通常是由协处理器CP15完成的。CP15包含16个32位的寄存器，其编号为0～15。而访问CP15寄存器的指令主要是MCR和MRC这两个指令。

• MRC：协处理器寄存器到ARM处理器寄存器的数据传送指令（读出协处理器寄存器）。

• MCR：ARM处理器寄存器到协处理器寄存器的数据传送指令（写入协处理器寄存器）。

1、指令格式

MRC{cond} p15, <Opcode_1>, <Rd>, <CRn>, <CRm>, <Opcode_2>

MCR{cond} p15, <Opcode_1>, <Rd>, <CRn>, <CRm>, <Opcode_2>

cond：为指令执行的条件码。当cond忽略时指令为无条件执行。 Opcode_1：协处理器的特定操作码. 对于CP15寄存器来说，opcode1=0 Rd：作为源寄存器的ARM寄存器，其值将被传送到协处理器寄存器中，或者将协处理器寄存器的值传送到 该寄存器里面 ,通常为R0 CRn：作为目标寄存器的协处理器寄存器，其编号是C~C15。 CRm：协处理器中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 Opcode_2：可选的协处理器特定操作码。（用来区分同一个编号的不同物理寄存器，当不需要提供附加信息时，指定为0）

(1) 汇编语法表示：

<pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block md-fences-with-lineno ty-contain-cm modeLoaded" lang="assembly" cid="n15" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: var(--monospace); font-size: 0.9em; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; background-image: inherit; background-position: inherit; background-size: inherit; background-repeat: inherit; background-attachment: inherit; background-origin: inherit; background-clip: inherit; background-color: rgb(248, 248, 248); position: relative !important; border: 1px solid rgb(231, 234, 237); border-radius: 3px; padding: 8px 4px 6px 0px; margin-bottom: 15px; margin-top: 15px; width: inherit; color: rgb(51, 51, 51); font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;"> mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 //将 CP15 的寄存器 C1 的值读到 r0 中
​
mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0 //关闭ICaches和DCaches
​
mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0 //使无效整个数据TLB和指令TLB</pre>

(2) C语言语法表示：

<pre spellcheck="false" class="md-fences md-end-block md-fences-with-lineno ty-contain-cm modeLoaded" lang="c" cid="n17" mdtype="fences" style="box-sizing: border-box; overflow: visible; font-family: var(--monospace); font-size: 0.9em; display: block; break-inside: avoid; text-align: left; white-space: normal; background-image: inherit; background-position: inherit; background-size: inherit; background-repeat: inherit; background-attachment: inherit; background-origin: inherit; background-clip: inherit; background-color: rgb(248, 248, 248); position: relative !important; border: 1px solid rgb(231, 234, 237); border-radius: 3px; padding: 8px 4px 6px 0px; margin-bottom: 15px; margin-top: 15px; width: inherit; color: rgb(51, 51, 51); font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;"> asm("mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0\n" //使用asm 可以在C函数中执行汇编语句
"orr r1, r1, #0xc0000000\n"
"mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0\n"
:::"r1" //:::"r1" 向GCC声明：我对r1作了改动
);</pre>

2、CP15中的寄存器介绍

(1) CP15的寄存器C0

CP15 中寄存器 C0 对应两个标识符寄存器，由访问 CP15 的寄存器指令指定要访问哪个具体物理寄存器，与两个标识符寄存器的对应关系如下所示：

A、主标识符寄存器

• 主标示符的编码格式对于不同的ARM处理器版本有所不同。对于AMR7之后的处理器，其主标示符编码格式如下 ：

  • 指令格式：MRC P15，0，R0，C0，C0，0，将主标示符寄存器的内容读到AMR寄存器R0中 。

• 各部分的编码详细含义如下表所示：

B、cache类型标识符寄存器

• ARM 处理器中 cache 类型标识符寄存器的编码格式如下所示：

  • 指令格式：MRC P15，0，R0，C0，C0，1，将cache类型标识符寄存器内容读到AMR寄存器R0中

• 各部分字段含义如下所示：

• 各部分的编码详细含义如下表所示：

控制字段位[28： 25] 的含义 ：主要用于定义对于写回类型的cache的一些属性，

cache 类型标识符寄存器的控制字段位 [28 ： 25]。

控制字段位 [23 ： 12] 及控制字段位 [11 ： 0] 含义 ：[23：12]用于定义DCache的属性，[11: 0]用于定义ICache的属性。编码格式如下：

其中bits[1:0]含义如下：

其中bits[5:3]含义如下：

其中bits[8:6]含义如下：

（2） CP15 的寄存器 C1

CP15中的寄存器C1是一个控制寄存器，它包括以下控制功能：

• 禁止或使能MMU以及其他与存储系统相关的功能

• 配置存储系统以及ARM处理器中的相关部分的工作

指令如下： 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 中的寄存器 C1 的编码格式及含义说明如下：

（3）CP15的寄存器C2

C2寄存器的别名：Translation table base (TTB) register C2寄存器用来保存页表的基地址，即一级映射描述符表的基地址。其编码格如下所示：

(4) CP15 的寄存器 C3

CP15 中的寄存器 C3 定义了 ARM 处理器的 16 个域的访问权限。

在 CP15的C3寄存器中，划分了 16个域，每个区域由两位构成，这两位说明了当前内存的检查权限：

00：当前级别下，该内存区域不允许被访问，任何的访问都会引起一个domain fault，这时 AP位无效 ；

01：当前级别下，该内存区域的访问必须配合该内存区域的段描述符中AP位进行权检查 ；

10：保留状态（我们最好不要填写该值，以免引起不能确定的问题） ；

11：当前级别下，对该内存区域的访问都不进行权限检查， 这时 AP位无效 。

所以只有当相应域的编码为 01 时，才会根据 AP位 和协处理器CP15中的C1寄存器的R,S位进行权限检查。

（5） CP15 的寄存器 C5

CP15 中的寄存器 C5 是失效状态寄存器，分为指令状态失效和数据状态失效。

MRC p15, 0, , c5, c0, 0 :访问数据失效状态寄存器

MRC p15, 0, , c5, c0, 1 :访问指令状态失效寄存器 编码格式如下所示：

其中，域标识bit[7:4]表示存放引起存储访问失效的存储访问所属的域。状态标识 bit[3:0] 表示放引起存储访问失效的存储访问类型，该字段含义如下表所示（优先级由上到下递减）。

(6) CP15的寄存器C6

CP15 中的寄存器 C6 是失效地址寄存器，其中保存了引起存储访问失效的地址，分为数据失效地址寄存器和指令失效地址寄存器。

MRC p15, 0, , c6, c0, 0 :访问数据失效地址寄存器

MRC p15, 0, , c6, c0, 2 :访问指令失效地址寄存器 编码格式如下所示：

(7) CP15的寄存器C7

CP15 的 C7 寄存器用来控制 cache 和写缓存，它是一个只写寄存器，读操作将产生不可预知的后果。

访问 CP15 的 C7 寄存器的指令格式为：mcr p15, 0, Rd, CRn, CRm, opcode_2 。具体含义如下表所示（表中的数据是指Rd中的数据）

(8) CP15的寄存器C8

系统协处理器CP15的寄存器C8就是清除TLB内容的相关操作。它是一个只写的寄存器。

MCR p15，0，Rd，c8，CRm，opcode_2

Rd中为要写入C8寄存器的内容，CRm和opcode_2的不同组合决定指令执行的不同操作。

(9) CP15的寄存器C12

CP15寄存器C12用来设置异常向量基地址，其编码格式如下所示： MCR p15, 0, , c12, c0, 0，Rd中存放要修改的异常向量基地址

注：只有ARM11和cortex-a 可以任意修改异常向量基地址。arm7,ARM9,ARM10只可以在0地址或0xffff0000中

(10) CP15的寄存器C13

CP15中的寄存器C13用于快速上下文切换。其编码格式如下所示

其中， 在读操作时，结果中位[31：:25]返回PID，其他位 的数值是不可以预知的。写操作将设置PID的值。当PID的值为0时，MVA = VA | (0（PID）<<25)，MVA=VA,相当于禁止了FCSE。系统复位后PID即为0。当PID的值不为0时，相当于使能了FCSE。

参考链接:

协处理器CP15介绍—MCR/MRC指令(6)