1、Memory Type

ARMv7-A 处理器中，将 Memory定义为几种类型（Memory Type）：

• 1、Strongly-ordered；
• 2、Normal；
• 3、Device；

它的定义如下所示：

注意：这里的 Memory 指的不是内存，可以翻译成储存器，是地址空间的概念；

普通的内存（RAM），只读的内存（ROM），这些都属于 Normal Type 的范畴；

外设和I/O，这些属于 Device 和 Strongly-ordered 范畴；

2、Memory Attributes

对于地址空间来说，每种地址空间，ARMv7-A 使用 attribute 来描述这个存储器地址的属性，总的属性分为两种：

• 1、shareability；共享属性
• 2、cacheability；缓存属性

它们描述了存储器是否可以共享，或者是否可以过cache；

2.1、Shareability Attributes

Shareability 共享属性用于描述存储器地址空间是否可以共享；只对 Normal Type 类型和 Device 类型有效；

2.1.1、Normal memory with Shareability

Normal Type 是比较常见的存储器模型，它可以支持读/写或只读，它可以被配置成为 Shareable 或者 Non-Shareable；

在访问 Normal 存储器的时候（比如 DDR），一定要小心内存一致性的问题，因为系统中，常常会开启 cache，并在多核系统中，存在多 CPU 核心访问内存，内存屏障能够起到访问的保序作用，原子操作指令，可以起到访问互斥（LDREX/STREX）;

对于 Normal Type 的内存属性描述如下：

• 当被配置成为 Non-Shareable 的时候，意味着在多核系统中，它只能被一个核访问；
• 当配置为 Inner-Shareable 的时候，意味着只能够被单个 CPU cluster 集群访问；
• 当配置为 Outer-Shareable 的时候，意味着只能够被多个 CPU clusters 集群访问；

2.1.2、Device memory with Shareability

Device 类型存储器地址空间，可以配置为 Shareable（比如多核 CPU 中，UART 外设地址空间是对所有 CPU 共享的）；当然，也可以配置为 Non-Shareable；

但是具体实际的设计实现中，不管是配置为 Non-Shareable，还是 Inner-Shareable，还是 Outer-Shareable，都一概视为 Outer-Shareable（毕竟是外设）；

2.2、Cacheability Attributes

2.2.1、Normal memory with cacheable

Normal 类型的存储器（比如 DDR）除了有 Shareable 的属性以外，还可以携带 cacheable 的属性：

• Write-Through Cacheable：写透型 Cache 属性；
• Write-Back Cacheable：回写型 Cache 属性；
• Non-cacheable：不带 Cache 属性；

Non-Cacheable 很好理解，就是不带 Cache，直接与存储器交互，这样不会带来内存一致性问题，但是效率不高；

其余两种都是带 Cache 的访问，不过 Cache 的策略略有区别；写透也可以在一定程度上保证内存一致性问题，但要发起内存访问时序，降低性能；回写只是将数据写到了 Cache 中，并通过 Dirty 标记等方式来记录数据的有效性，从而避免直接的内存访问，可以提高性能；

2.2.2、Device memory with cacheable

Device 和 Strongly-ordered 类型的存储器（可以理解为外设）区域，都是 Non-cacheable 的，即，不缓存的；这个很好理解，写过驱动的朋友应该都能够知道，对外设的访问和对普通内存的访问是完全不一样的两个概念；

所以，最后总结起来就是：

3、Device VS Strongly-ordered

ARMv7-A 中，Device 类型的存储器和 Strongly-ordered 类型存储器，都是不可 Cacheable 的，并且他们的访问是不可被优化的，他们的唯一区别是在 Shareability 属性：

• 1、对 Strongly-ordered 存储器的写入，只有在写访问到外设或者存储器组件的时候，才算完成；
• 2、对 Device 存储器的写入，允许在写访问到达外设之前就完成；

上面这个说法是官方的意思，我理解一下，应该是 Strongly-ordered 不惜牺牲性能，去做保序的要求，一定要实际访问到外设，而 Device 类型的访问指令，可能还在路上（流水线中）；

而且，Strongly-ordered 和 Device 类型要求，对他们的访问必须是对齐访问；

4、Access rights

存储器模型除了有各种属性以外，还需要支持访问权限（这个是必须的，否则访问非法空间，那还得了）；

ARMv7-A 定义了扩展的存储器区域访问属性，也就是这个权限访问；访问权限分为两部分：

• 1、基于特权等级的限制数据的访问；
• 2、基于特权等级的指令访问；

PL0 的时候，也就是 User 模式，相当于非特权等级下，禁止访问结构体系下的某些特性，它不能更改许多配置设置。 在PL0上执行的软件只允许非特权内存访问；

当在 PL1 上执行的软件（通常操作系统都执行在 PL1 特权模式下）可以访问体系结构的所有特性，并且可以更改这些特性的配置设置；

值得注意的是，权限的配置以及更改，只能够在 PL1 模式下进行；

4.1、Privilege level access controls for data accesses

针对数据的访问来说，在 PL1 模式下，可以定义某存储器区域的访问权限为：

• 1、不可访问；
• 2、只有 PL1 特权才能访问；
• 3、特权和非特权模式都可以访问；

如果处理器尝试访问权限不允许的数据访问，则会生成数据中止异常（Data Abort）。 例如，如果处理器位于 PL0，并且试图访问被标记为仅特权模式可访问的内存区域，则会生成数据中止异常 Data Abort；

4.2、Privilege level access controls for instruction accesses

针对指令的执行来说，PL1 模式下，以定义某存储器区域的执行权限为：

• 1、不允许执行；
• 2、在处理器实现了 Large Physical Address Extension 情况下，PL1 不允许执行；
• 3、只能在 PL1 执行；
• 4、特权和非特权模式都可以执行；

访问权限的配置，在 CP15 的 MMU 相关的寄存器，他们的层次结构为：