ARM9协处理器CP15及MCR MRC指令

在基于ARM的嵌入式应用系统中，存储系统通常是通过系统控制协处理器CP15完成的。

CP15包含16个32位的寄存器，其编号为0~15。

访问CP15寄存器的指令

1. MCR ARM寄存器到协处理器寄存器的数据传送
2. MRC 协处理器寄存器到ARM寄存器的数据传送

MCR指令和MRC指令只能在系统模式下执行，在用户模式下执行MCR指令和MRC指令将会触发未定义指令的异常中断。

MCR指令

MCR指令将ARM处理器的寄存器中的数据传送到协处理器寄存器中。如果协处理器不能成功地执行该操作，将产生未定义的指令异常中断。

指令语法格式

@格式1:
MCR{<cond>} <p>，<opcode_1>，<Rd>, <CRn>, <CRm>{, <opcode_2>}

@格式2:
MCR{<cond>} p15，0，<Rd>, <CRn>, <CRm>{, <opcode_2>}

参数:

• 可选项 指令执行的条件码。当忽略时指令为无条件执行。
• 协处理器将执行的操作的操作码。
  对于CP15协处理器来说，永远为0b000，当不为0b000时，该指令操作结果不可预知。
• 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。
• 作为目标寄存器的协处理器寄存器，其编号可能是C0，C1，…，C15。
• 和两者组合决定对协处理器寄存器进行所需要的操作;
  如果没有指定，则将为为C0，为0，否则可能导致不可预知的结果。
• 可选项

The CRm field and opcode_2 field are used to specify a particular action when addressing registers. The opcode_1, opcode_2 and CRm fields should be zero, except when the values specified are used to select the desired operations, in all instructions which access CP15. Using other values will result in unpredictable behavior. Attempting to read from a non-readable register, or writing to a non-writable register will cause unpredictable results.

译：(此处为本站 SofTool.cn 提供翻译,仅供参考)
在访问寄存器时，CRm字段和opcode_2字段用于指定特定的操作。在所有访问CP15的指令中，除非用于特定的操作可以指定opcode_1，opcode_2 和 CRm 字段的值，其它情况这3个字段的应该为0(使用其它值可能将返回不可预测的结果)。尝试从不可读的寄存器中读取或写入不可写的寄存器将导致不可预测的结果。

示例

下面的指令从ARM寄存器R4中将数据传送到协处理器CP15的寄存器C1中。其中R4为ARM寄存器，存放源操作数，C1、C0为协处理器寄存器，此处作为目标寄存器，opcode_1为0，opcode_2为0。

MCR  p15,  0,  R4,  C1,  C0,  0

MRC指令

MRC指令将协处理器的寄存器中的数值传送到ARM处理器的寄存器中。
如果协处理器不能成功地执行该操作，将产生未定义的指令异常中断。

指令语法格式

@格式1:
MRC{<cond>} <p>，<opcode_1>，<Rd>, <CRn>, <CRm>{, <opcode_2>}

@格式2:
MRC{<cond>} p15，0，<Rd>, <CRn>, <CRm>{, <opcode_2>}

注：
参数用法同MCR指令；

CP15 各个寄存器的介绍：

下表为读写 CP15 各个寄存器时，分别对应的功能：

Notes:
(1). Register location 0 provides access to more than one register. The register accessed depends upon values of the opcode_2 field. See the register description for details.
//SofTool.CN 译:
提供访问的C0寄存器不止一个。具体访问哪一个，可以通过操作码2来区别。详见下面的寄存器描述部分。
(2). Separate register for instruction and data. See the register description for details.
//SofTool.CN 译:
指令寄存器和数据寄存器是分开的。详见下面的寄存器描述部分。

C0：ID Code Register

This is a read-only register which returns a 32-bit device ID code.

SofTool.CN 译:
这是一个只读寄存器，它返回一个32位的 CPU ID。

The ID code register is accessed by reading CP15 register 0 with the opcode_2 field set to any value other than 1(the CRm field should be zero when reading). For example:

SofTool.cn 译:
如果要读取CPU ID，那么我们需要访问 CP15 的 C0 寄存器，此时 操作码2 需要设置为不是1的任何数(当读时，CRm字段 的 Rm 需要设置为0，即C0)。
例：

MRC  p15, 0, Rd, C0, C0, 0

C0为 ID Code(CPU ID)格式时，各位定义如下：

C0：Cache type register

This is a read-only register which contains information about the size and architecture of the caches, allowing operating systems to establish how to perform such operations as cache cleaning and lockdown.

这个只读寄存器包含了高速缓存的大小和类型。

The cache type register is accessed by reading CP15 register 0 with the opcode_2 field set to 1.for example:

MRC  p15, 0, Rd, C0, C0, 1; returns cache details

The format of cache type register (寄存器的数据格式如下)

C1：Control register

对该寄存器读写指令如下：

MRC   p15, 0, Rd, c1, c0, 0   ; read control register

MCR   p15, 0, Rd, c1, c0, 0   ; write control register

该寄存器功能如下表

图1去哪了?

时钟模式表:

C2：Translation Table Base(TTB) Register

访问C2寄存器指令如下：

MRC   p15, 0, Rd, C2, C0, 0   ;  Read TTB register

MCR   p15, 0, Rd, C2, C0, 0   ;  Write TTB register

该寄存器存放第一级转换表基地址。写入时，位[13：0]必须为0，读出时，位[13：0]的值不可预知。

C3：Domain Access Control Register

寄存器3是可读写的域访问控制寄存器，分为16组，每组占用2个位

访问该寄存器的指令如下：

MRC   p15, 0, Rd, C3, C0, 0   ;  Read domain 15:0 access permissions

MCR   p15, 0, Rd, C3, C0, 0   ;  Read domain 15:0 access permissions

Interpreting Access Control Bits in Domain Access Control Register

C4：保留

对该寄存器的读写会产生不可预料的结果。

C5：Fault Status Register

C6：Fault Address Register

C7：Cache Operations

该寄存器是只写寄存器，用于管理指令缓存和数据缓存。

对该寄存器的写操作所实现的功能，是通过MCR指令中的opcode_2和CRm两者的组合来选择的，具体组合如下。

C8：TLB Operations

Register 8 is a write-only register used to manage the translation lookaside buffer(TLBs),the instruction TLB and the data TLB.

Five TLB operations are defined and the function to be performed is selected by the opcode_2 and CRm fields in the MCR instruction used to write CP15 register 8.Writing other opcode_2 or CRm values id unpredictable. Reading from CP15 register 8 is unpredictable.

来源：http://6xudonghai.blog.163.com/blog/static/336406292008724103317304