1总线的由来
很多人对总线和地址映射的概念都是一头雾水,但是我们如果知道为何需要总线和地址映射,他们是在什么背景下被衍化出来的,自然而然对此概念就清清楚楚了。
我们知道CPU都是通过总线访问外设,例如STM32使用AMBA规范的总线和外设进行交互,那么在总线的概念没有被提出来的时候,外设是怎样被访问的呢?
其实在最早期还没有总线概念的时候,CPU设计者会直接把CPU内核和各种接口控制器设计到一起,如果要访问一个硬件,直接在内核里面对各种接口控制器进行操作,从而操作相应的硬件。我们看下图。
后来设计者发现如果每添加一个外设都要修改CPU内核,这样不具有很好的扩展性,为了使得外设的改变(增加、删除、修改)不影响CPU内核架构,衍化出了总线的概念,CPU内核可以通过总线访问各种各样外设,新的外设只需要挂接到总线上,就可被CPU内核访问控制。有了总线,CPU可以用统一的访问方式访问任何外设,实现了CPU内核和外设分开设计和维护。
如下图所示,下图和CPU内核交互的只有地址总线接口、数据总线接口、控制总线接口,这三个接口一个提供地址、一个提供数据,一个提供控制信息(读、写、其他控制信息),所有的外设连接到总线矩阵上。
2 STM32/CPU地址映射
外设怎么知道CPU内核发出的操作是给自己的呢?
其实每一个外设都具有自己的地址空间,当CPU内核通过总线访问外设时,对应地址空间的外设就知道CPU内核是在操作自己(外设被命中),然后外设去操作连接的硬件,如上图ROM控制器操作Flash设备。
外设的地址控制怎么分配呢?
答案就是地址映射,地址映射这个过程是在设计芯片的时候就要进行考虑的,地址总线接口如果是32位,则内核可访问的外设空间最大就是4Gbit,芯片设计者为每一个外设会映射一段地址空间,比如GPIOA映射到0x0000000-0x0000FFFF,则CPU在访问0x0000000-0x0000FFFF地址空间时会被GPIOA外设捕获到,至于外设想做什么由外设的硬件设计者来决定。地址总线接口如果是64位,则内核可访问外设的地址空间为2^64bit。
3 STM32的外设地址映射表
STM32地址总线接口为32位,则可以访问4Gbit的外设空间,下面为STM32F10X外设地址映射表。有很多还没有被映射的地址空间,ST公司后期可能用来扩展新外设,而扩展过程Cortex内核是不需要进行任何修改的。
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