임베디드 레시피

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코프로세서가 하는 일이 뭐죠?

뭘 알아야 이해를 하지

시피유 내에는 암코어, 코프로세서, 엠엠유, 캐시메모리 기타 등등이 있지요. 여기서 코프로세서가 하는 역할은 엠엠유 ON/OFF, 캐시 메모리 ON/OFF등을 한답니다. 코프로세서는 CP15라고 불려지기도 하죠. 그림과 같이 인스트럭션 캐시와 데이터 캐시에 어드레스와 데이터 선이 따로 연결되어 있는 것을 하바드(Harvard) 설계 방식이라고 합니다. 주로 암9 이상부터 많이 사용하는 방식이랍니다. 이렇게 인스트럭션 캐시와 데이터 캐시에 어드레스와 주소가 따로 있다는 것은 인스트럭션 캐시에 명령어를 읽을 때 데이터 캐시에 쓸 수가 있어서 성능이 매우 우수하죠.


 
 암코어와 코프로세서간에는 어셈블리 명령에 의해서 서로를 동작시킬 수가 있으며, 주로 코프로세서 어셈명령어로 엠엠유나 캐시 메모리를 동작하게 된답니다. 여기서 암코어는 37개의 레지스터가 있으며 코프로세서도 15개 내외로 레지스터가 있어요. 하드웨어 디버거로 레지스터를 자세히 들어다 본다면, 아래와 같아요.


<암코어 레지스터>
N N   R0       6F24   R8          0
Z _   R1          0   R9          0
C _   R2          7   R10         0
V _   R3         36   R11         0
I I   R4              R12        25
F F   R5       56CC   R13      0FE4
T _   R6          0   R14         6
      R7          0   PC       22D0
svc  SPSR       10    CPSR 800000D3


<코프로세서 레지스터>
CR         00000000    iA   0  nF   0  RR Random           V  0x00000000
                             I  Disable  R  Disable  S  Disable  B  Little
                             C  Disable  A  Disable  M  Disable
TTBR     00000000    TTBA 00000000
DACR    00000000     D15  Denied    D14 Denied    D13 Denied    D12 Denied
                             D11  Denied    D10 Denied    D9  Denied    D8  Denied
                             D7   Denied    D6  Denied    D5  Denied    D4  Denied
                             D3   Denied    D2  Denied    D1  Denied    D0  Denied


 코프로세서 레지스터를 자세히 보시면 CR, TTBR, DACR 과 같이 15개 내외의 레지스터가 있는데, CR레지스터를 분석해 보면 가장 중요한 비트인 I, C, M 가 있네요. 이 비트들의 의미는 I:인스트럭션 캐시(Instruction Cache), C:데이타 캐시(Data Cache), M:엠엠유(MMU) 랍니다. 즉, CR레지스터를 조절하면 I-Cache, D-Cache, MMU를 on/off를 할 수 있죠.
CR레지스터에서 M비트만 ON이 되면 "200 유닛" 에서 말씀 드린 엠엠유 역할을 하게 되죠. 여기서 중요한 사실 한가지를 알아 본다면 캐시 메모리는 M비트가 반드시 ON이 되어야지 캐시 메모리를 사용할 수가 있어요. 그림을 자세히 보시면 I-Cache, D-Cache 어드레스가 모두 엠엠유로 연결되어 있기 때문이죠.
그럼 CR레지스터에서 M비트가 On이 된다는 것은 소프트웨어적으로 어떻게 이해를 해야 할까요? 가상주소가 만들어 진다고 하는데 어떤 의미일까요?
엠엠유 OFF 상태일 때는 시피유가 에스디램 어드레스를 접근을 하지만 엠엠유 ON일 때는 가상주소로 접근을 한답니다. 가상의 주소는 실제로 에스디램처럼 물리적인 메모리가 있는 것이 아니라 단지 어드레스만 제공하고 실제 데이타는 에스디램에 있답니다.

 
 여기서 시피유가 가상주소로 접근을 하면 에스디램인 물리적인 주소로 가리키기 위한 어드레스 테이블이 필요한데 이것을 엠엠유 페이지 테이블(MMU pagetable)이라고 합니다. 이렇게 가상주소가 확보가 되면 개발자는 I-Cache와 D-Cache 사용 유무를 결정할 수가 있어요.

하드웨어 디버거로 MMU Table을 보면 다음과 같아요.
 
 ___address_________|_physical___________|_d_|_size____|_permissions_____
C:13D00000--13DFFFFF|A:46200000--462FFFFF| 03| 00100000|P:readwrite U:readwrite
C:13E00000--140FFFFF|                    |   |         | 
C:14100000--141FFFFF|A:74600000--746FFFFF| 0B| 00100000|P:readwrite U:readwrite
C:14200000--142FFFFF|                    |   |         | 
C:14300000--14FFFFFF|A:66300000--66FFFFFF| 00| 01000000|P:noaccess  U:noaccess
C:15000000--150FFFFF|A:0D000000--0D0FFFFF| 09| 00100000|P:readwrite U:readwrite
C:15100000--151FFFFF|A:00000000--000FFFFF| 00| 00100000|P:noaccess  U:noaccess
C:15200000--FFFFFFFF|                    |   |         | 


by 히언 | 2010/03/07 22:21 | SOTO Story | 트랙백 | 핑백(1) | 덧글(14)

Linked at 친절한 임베디드 시스템 개발자.. at 2010/03/07 22:26

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Commented by 히언 at 2010/03/07 22:26
그림이 너무 깔쌈한데요?
Commented by soto at 2010/03/08 10:20
ㅎㅎ
감솨~~!
Commented by wndi at 2010/03/08 12:53
정리를 잘 하셨네요.
잘 보고 있습니다.
Commented by soto at 2010/03/09 09:13
도움이 되셨으면 좋겠습니다. ^^;
Commented by imazine at 2010/03/08 15:44
신간(?)이 올라왔군요.

그런데 레지스터 쪽 그림이, 많이 보던 포맷이네요 ㅎㅎ
CP15는 MMU/cache 컨트롤 외에 다른 일은 하는 것이 없나요?
Commented by soto at 2010/03/09 09:12
다른 일들도 한답니다.
한가지 예를 들면, JTAG을 통해 UART메시지를 출력할 수가 있답니다.
보통 UART로 메시지를 출력하지만 경우에 따라 UART가 없는 개발보드라면
JTAG연결시켜 놓고 코프로세서 레시스터 중에 하나를 사용하면 메시지를 입출력할 수가 있답니다.
Commented by bonoeye at 2010/03/08 17:35
그림이 정말 ART네요... 너무 예뻐요.^^
그리고 MMU off한 상태에서 I-cache는 coprocessor로 enable시 사용가능하던데,
MMU를 On해야 사용 가능한 cache는 d-cache로 한정지어야 하지 않나요?
Commented by soto at 2010/03/09 09:20
네. 그렇게도 봐 질 수가 있겠네요.
그런데 그림을 조금 더 자세히 보시면 I/D cache의 address가 모두 MMU 에 연결 되어 있습니다.
즉, MMU 없이는 어드레스를 표현할 수가 없다는 뜻이죠.
단, 쓰기 버퍼는 Data Cache하고만 관련이 있답니다.
출처:코프로세서가 하는 일이 뭐죠?
Commented by YGFree at 2010/03/09 14:14
글보면서 그림을 보니 이해가 잘되는거 같습니다..^^
Commented by soto at 2010/03/10 22:41
감솨!!!!
Commented by lucky7 at 2010/03/09 14:18
한 눈에 쏙들어 와서 쉽게 이해 했어여^^..
Commented by soto at 2010/03/10 22:42
정말요. ^^;
앞으로도 더 열심히 써보겠습니다. ^^:
Commented by khan at 2010/03/31 01:41
항상 잘 보고 있습니다.
노고에 감사 의미로 덧글 올립니다.
Commented by soto at 2010/04/03 06:01
저 또한 감사의 글을 보며 힘이 납니다. 아자..
감사합니다. ^^
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