* ARM处理器的快速上下文切换技术FCSE

FCSE 概述

    FCSE（Fast Context Switch Extension,快速上下文切换）位于 CPU 和 MMU 之间，如果两个进程使用了同样的虚拟地址空间，则对 CPU而言，两个进程使用了同样的虚拟地址空间。快速上下文切换机构对各进程的虚拟地址进行变换，这样系统中除了 CPU 之外的部分看到的是经过快速上下文切换机构变换的虚拟地址。快速上下文切换机构将各进程的虚拟空间变换成不同的虚拟空间，这样在进行进程间切换时就不需要进行虚拟地址到物理地址的重映射。

      通常情况下，如果两个进程占用的虚拟地址空间由重叠，系统在这两个进程之间进行切换时，必须进行虚拟地址到物理地址的重映射。而虚拟地址到物理地址的重映 射涉及到重建MMU中的页表，而且cache 及TLB中的内容都必须使无效（通过设置协处理器寄存器的相关位）。这些操作将带类巨大的系统开销，一方面重建MMU和使无效cache及TLB的内容需 要很大的开销，另一方面重建cache和TLB内容也需要很大的开销。

    快速上下文切换（FCSE）通过修改系统中不同进程的虚拟地址，避免在进行进程间切换时造成的虚拟地址到物理地址的重映射，这样就减少了重建 MMU，使 Cache 和 TLB无效，重建 Cache和 TLB内容等操作的巨大开销，从而提高了系统的性能。

FCSE 原理

      ARM系统中，4GB的虚拟空间被分成了128个进程空间块，每一个进程空间块大小为32MB。每个进程空间块中可以包含一个进程，该进程可以使用虚拟地 址空间0x0~0x01FFFFFF,这个地址范围也就是CPU看到的进程的虚拟空间。系统128个进程空间块的编号0~127， 标号为X 的进程空间块中的进程实际使用的虚拟地址空间为（X *0x02000000）到（X*0x02000000+0x01FFFFFF），这个地址空间是系统中除了CPU 之外的其他部分看到的该进程所占用的虚拟地址空间。

      快速上下文切换机构将CPU发出的每个虚拟地址按照上述的规则进行变换，然后发送到系统的其他部分。变换过程如下图：

由地址VA到MVA的变换算法如下所示；

if (VA[31:25]==0b0000000)then

MVA=VA|(PID<<25)

else

MVA=VA

其中。PID为当前进程的所在进程空间的编号，即当前进程的进程标识符。其取值为0~127。

        系统中，每个进程都使用虚拟地址空间0x0~0x01FFFFFF,当进程访问本进程的指令和数据时，它产生的为虚拟地址VA的高7位为0；快速上下文切 换机构用该进程的进程标示符代替VA的高7位，从而得到变换后的虚拟地址MVA，这个MVA在该进程对应的进程空间块内。

        当VA的高7位不全是0时，MVA=VA。这种VA是本进程用于访问别的进程中的数据和指令的虚拟地址，注意这时被访问的进程标识符不能为0.

        CP15中的寄存器C13用于快速上下文切换。其编码格式如下所示。

其中，PID 表示当前进程所在的进程空间块的编号，即当前进程的进程标识符，取值为 0~127.

访问寄存器C13的指令格式如下所示。

MCR           p15, 0,,,c0,0

MRC           P15,0,,,c0,0

其中， 在读操作时，结果中位[31：:25]返回PID，其他位 的数值是不可以预知的。写操作将设置PID的值。

        当PID的值为0时，MVA=VA,相当于禁止了FCSE。系统复位后PID即为0.

        当PID的值不为0时，相当于使能了FCSE。