Linux + arm 内存属性
内存属性的来源
在 ARM64（AArch64）下，每个内存访问的“属性”由两方面决定：
页表/MAIR_ELx（Memory Attribute Indirection Register）：软件定义虚拟地址到物理地址的 memory type；
CPU 访存模型：结合 TLB/缓存/一致性域，决定实际的可见性和顺序。
基本分类
ARMv8 把内存分为两大类：
(1) Normal memory
可缓存，面向常规 RAM。
特性：
允许乱序访问、合并、推测、prefetch。
缓存一致性通过互联（CCI/CMN/DSU 等）保证。
用途：一般代码段、数据段、内核堆栈等。
(2) Device memory
用于 MMIO（寄存器/外设）。
特性：
不能合并、推测或重排。
CPU 访问顺序严格保留（对同一设备的访问）。
可能 bypass 缓存（uncacheable）。
Normal Memory 属性
由 Outer/Inner cacheability 决定（通过页表 AttrIndx → MAIR 映射）：
Write-back cacheable：最常用，正常的缓存策略。
Write-through cacheable：写时同时更新 cache + memory。
Non-cacheable：直接访问 DRAM，不进 cache。
额外属性：
Shareability：Non-shareable / Inner-shareable / Outer-shareable
Inner-shareable：在一个 cluster 内核之间一致。
Outer-shareable：在多个 cluster 之间一致。
Non-shareable：CPU 自己私有（很少用）。
Device Memory 类型（ARMv8 推荐使用 nGnRE/nGnRnE）
常见的几类（AttrIndx 配置）：
Device-nGnRnE (Non-Gathering, Non-Reordering, No Early-Write-Ack)
最严格，常用于强顺序 IO。
Device-nGnRE (Non-Gathering, Non-Reordering, Early-Write-Ack)
允许写入“提前完成”但仍无重排/合并。
Linux 常用这个作为默认 MMIO。
Device-GRE (Gathering, Reordering, Early-Write-Ack)
宽松一些，允许合并/重排；适合 FIFO 类设备。
小贴士：Linux 内核里
ioremap()默认用的是 Device-nGnRE，即 MMIO 安全模式。
内存顺序直觉（Normal vs Device）
Normal memory：可能乱序，需要 内存屏障 (barrier) 保证顺序。
Device memory：同一个设备的读写顺序不会乱，但和 Normal memory 之间的顺序不一定符合直觉 → 所以驱动里常见
wmb(); writel();。
Linux 内核里的常用对应
Linux 在 ARM64 下会通过 pgprot_* 和 ioremap_* 宏来配置：
| 内核 API | 内存类型 | 底层属性 |
| 普通内存 (malloc, vmalloc, kmalloc) | Normal, WB cacheable, Inner-shareable | AttrIndx 指向 Write-back |
| ioremap() | Device-nGnRE | 安全 MMIO |
| ioremap_wc() | Normal, Write-combining | 用于帧缓冲/PCIe 显存 |
| ioremap_cache() | Normal, Write-back | 有时映射外设 RAM |
| dma_alloc_coherent() | Normal, WB + shareable（I/O coherent 平台） 或 Device uncached（非一致性） | 看硬件 |
MAIR_ELx 配置（内存属性寄存器）
每个 EL 有一个 MAIR_ELx（Memory Attribute Indirection Register）：
8 个 slot（AttrIndx = 0..7）。
每个 slot 8 bit：
高 4 位 = outer 属性
低 4 位 = inner 属性
Linux 启动时会填好：
比如 AttrIndx=0 → Normal WB Cacheable
AttrIndx=1 → Device-nGnRE
AttrIndx=2 → Normal Non-cacheable
…
页表的 PTE[AttrIndx] 决定使用哪个 slot。
小结
Normal memory = 程序代码和数据，缓存友好，但可能乱序，需要 barrier。
Device memory = MMIO，强顺序，不缓存，但和 Normal memory 交互时仍要 barrier。
Linux 内核抽象 API（
ioremap, dma_alloc_*）帮你选择合适的属性。驱动编程口诀：
写设备寄存器前要 wmb()（确保数据已写到内存）。
读设备寄存器后要 rmb()（确保状态之后的数据有效）。