ARM Memory type & Memory attribute简介

arm memory类型分为normal memory和device memory。

normal memory

normal memory就是我们平常所说的内存，对该种memory访问时无副作用(side effect)，即第n次访问与第n+1次访问没有任何差别（对比device memory的side effect特性，更容易理解一些）。

进一步地，通过memory attribute可以对normal memory进行细分，一段vma（virtual memory address）的memory attribute定义在页表的描述符中。【vma应该是linux内核中的概念，而这里讨论的是arm的memory定义，应该是有误的，望指教】

1. 是否可共享：

• shareable:可以被所有PE（Processing Element，处理元素）访问，包括inner shareable和outer shareable。
• non-shareable：只能被唯一的PE访问。

2. 是否支持缓存：

• write-through cacheable：同时写入cache与内存，可以理解为写穿；
• write-back cacheable：只写入cache，不更新内存，内存更新操作放到之后的适当时机；
• non-cacheable：无cache，直接读写内存。

device memory

定义： The Device memory type attributes define memory locations where an access to the location can cause side-effects, or where the value returned for a load can vary depending on the number of loads performed. Typically, the Device memory attributes are used for memory-mapped peripherals and similar locations.

简言之，device memory是外设对应的物理地址空间，对该部分memory访问时，可能存在副作用（side effect），比如

• 某些状态寄存器可能read clear；
• 某些寄存器有写入顺序（否则写入不成功）；
• 设备fifo地址固定不变，但是每次访问，内部的移位寄存器就会将下一个数据移出来^[1]，因此访问同一地址第n次访问与第n+1次访问结果是不同的。

进一步地，通过memory attribute可以对device memory进行细分

1. 是否可合并访问

• non-Gathering（nG）：处理器必须严格按照代码中内存访问来进行，不能把多次访问合并成一次。例如，代码中有两次对同样一个地址的读访问，此时处理器必须严格进行两次read操作。
• Gathering（G）：处理器可以对内存访问进行合并。

2. 是否可乱序

• non re-ordering（nR）：处理器不允许对内存访问指令进行重排，必须严格执行program order；
• re-ordering（R）：处理器允许对内存访问指令进行重排。

3. 写入是否可中途返回（Early Write Acknowledgement–EWA）（E or nE）

   PE对内存的访问是有问有答的（专业术语叫transaction），对于写入操作，PE需要收到write ack才能确定完成了一个transaction。为了加快写的速度，系统的中间环节可能会设定一些write buffer（比如cache），nE代表写操作的write ack必须来自最终目的地，而不是中间的write buffer。

参考文档

[1] ARM64的启动过程之（三）：为打开MMU而进行的CPU初始化