ARMv8中將內存分為兩種類型：Normal memory和Device memory，Normal memory適用于系統中的大部分內存，而Device memory則適用于外設所使用的內存。

1. Normal Memory

Normal memory類型屬性適用于系統中的大多數內存。它表示架構允許硬件對這些位置執(zhí)行推測數據讀取訪問(Speculative data read accesses)，而不管這些位置的訪問權限如何。為了確保訪問Normal memory是的順序性，有必要使用內存屏障指令：DMB 。

1.1 Shareable Normal Memory

一個Normal?內存地址可以具有以下一種 Shareability 屬性：

Inner Shareable, ?適用于Inner Inner Shareable shareability 區(qū)域。

Outer Shareable， 適用于Inner Shareable and the Outer Shareable shareability 區(qū)域。

Non-shareable.

1.1.1 Inner Shareable, and Outer Shareable屬性

ARM 架構將系統抽象成一系列 Inner和Outer 可共享屬性區(qū)域。

每個Inner共享域包含一組觀察者（observers），這些觀察者對于該組中的每個成員都是數據一致的，用于使用該組中的任何成員所創(chuàng)建的內部共享屬性（Inner Shareable attribute）進行數據訪問。

每個Outer共享域包含一組觀察者，這些觀察者對于該組的每個成員都是數據一致的，用于使用該組的任何成員所創(chuàng)建的外部共享屬性（Outer Shareable attribute）進行數據訪問。

同樣具有以下屬性：

每個觀察者只是一個內部共享域的成員。

每個觀察者只能是單個外部共享域的成員。

內部可共享域中的所有觀察者總是同一外部可共享域的成員。

這意味著內部共享性域是外部共享性域的一個子集，盡管它不需要是一個合適的子集。

因為對Non-cacheable位置的所有數據訪問，對所有觀察者來說都是數據一致的，所以Non-cacheable位置總是被視為外部共享的（Outer Shareable）。內部共享域預期是由單個hypervisor或操作系統控制的PE的集合。

如果一個系統中存在兩個處理器簇（cluster），則必須保證：

在每個簇中，處理器的data caches和unified caches對所有帶有Inner Shareable屬性的內存位置的數據訪問，均是透明的。

然而，在兩個簇之間，如果僅僅是Inner Shareable屬性，caches在數據訪問中不需被要求保持一致性。如果是Outer Shareable屬性，則要求保持數據一致性。

在這樣一個系統中，對于Inner Shareable 屬性，每個cluster處于不同的shareability 區(qū)域，但是對于Outer Shareable屬性，子系統中的所有組件均在同一個shareability區(qū)域。

一個系統可能實現兩個這樣的子系統，如果其中一個子系統的data cache和unified cache均對其他子系統中訪問不透明，那么這個系統就有兩個Outer shareable 區(qū)域。

對于可共享的普通內存（shareable Normal memory），Load-Exclusive和Store-Exclusive指令考慮了同一共享域中多個觀察者（多個core）訪問的可能性。

1.2 Non-shareable Normal memory

對于Normal 內存區(qū)域，不可共享的normal內存是一塊只能被單個CPU訪問的Normal內存。Non-shareable的Normal內存不要求硬件保證多個觀察者數據訪問的一致性，除非該內存是不可緩存的（Non-cacheable）。

對于Non-shareable內存，如果其他觀察者共享這個內存系統，軟件必須使用緩存維護相關指令，來保證在多個觀察者之間數據通信的緩存一致性問題。此外也需要額外的內存屏障操作來保證內存的處理順序。

此外，對于Non-shareable內存，是否支持Load-Exclusive和Store-Exclusive指令中考慮了多個觀察者訪問的可能性，這個由具體的實現定義IMPLEMENTATION DEFINED。

1.3 Cacheability attributes for Normal memory

除了Outer Shareable, Inner Shareable 和 Non-shareable屬性外，每個Normal 內存還被分配了一個緩存屬性：

Write-Through Cacheable.Write-Back Cacheable.

Non-cacheable.

緩存屬性為位于內存區(qū)域共享域之外的觀察者提供了一種一致性控制機制。在某些情況下，與使用硬件一致性機制或使用緩存維護的程序相比，使用Write-Through cache或non -cacheable區(qū)域可能提供更好的機制來控制一致性。為此，架構要求non -cacheable或Write-Through緩存內存具有以下屬性:

觀察者訪問某一級緩存內的內存系統時，對該級緩存的Write-Through cache或non -cacheable的內存位置的完整寫入，對于所有訪問該一級緩存外的內存系統的觀察者來說都是可見的，而不需要顯式的緩存維護。

由訪問某個level cache之外的內存系統的觀察者，所完成的對該級別cache的Non-cacheable

的內存位置的寫入，對于訪問該級cache內部的內存系統的所有觀察者來說都是可見的，而不需要顯式的緩存維護。

對于Non-cacheable的普通內存的訪問，DMB指令在對單個外設或IMPLEMENTATION DEFINED大小的內存塊的所有訪問上引入一個Barrier-ordered-before關系。

對于普通內存，Arm架構提供了緩存屬性，這些屬性是為緩存的兩個概念級別(內部緩存和外部緩存，the inner and the outer cache)獨立定義的。這些概念級緩存和實現的物理級緩存之間的關系是IMPLEMENTATION DEFINED的，并且可以區(qū)別于內部和外部共享域之間的邊界，但是：

Inner是指最內層的緩存，即最接近PE的緩存，并且總是包括最低級別的緩存。

由Inner緩存屬性控制的緩存不能位于由Outer緩存屬性控制的緩存之外。

在具體的實現中可能沒有outer 緩存。比如有L1，L2, L3的三級緩存架構中，三個緩存可能都是inner緩存，而不存在outer緩存。也可以是L1是inner緩存，L2和L3是outer緩存。

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2.?Device Memory

Device內存類型屬性定義了內存位置，其中對該位置的訪問可能導致副作用，或者加載返回的值可能根據執(zhí)行的加載數量而變化。通常，Device內存屬性用于內存映射的外設（memory-mapped peripherals）和類似的位置。

device內存區(qū)域通常是給一些外設，比如USB uart之類的模塊用的，首先是non-cacheable的，也就是不能走cache，直接訪問內存，數據只存在內存中，其他地方沒有備份，這樣可以保證數據的唯一性，準確性。其次，外設的內存交互一般對時間（timing）的要求較高，所以也需要在有限的時間內完成讀寫操作。還有就是除了不走cache之外，訪問device 內存可能也沒有其他的內存訪問上的優(yōu)化，比如推測性訪問。總而言之，就是給外設用的內存屬性，外設的內存交互需要滿足：及時，高效，準確：

不允許對具有任何Device memory屬性的任何內存位置進行推測性數據訪問（Speculative data accesses）。這意味著對任何Device內存類型的每個內存訪問都必須是由程序的簡單順序執(zhí)行生成的。

對任何Device memory類型的內存位置的寫入在有限時間內完成。

如果從Device memory類型的內存位置讀取的返回值發(fā)生了變化，而觀察者沒有顯式的內存寫入影響，則該變化也必須在有限時間內對系統中的所有觀察者進行全局觀察。這樣的更改可能發(fā)生在保存狀態(tài)信息的外設（peripheral location that holds status?information）。

對于系統中的所有觀察者來說，對Device memory位置的數據訪問都是一致的，并相應地被視為可外部共享的（Outer Shareable）。

具有任何Device memory屬性的內存位置都不能分配到緩存中。

對于任何Device memory類型的訪問，使用DMB指令，在對單個外設或指定大小的內存塊的所有訪問上引入一個Barrier-ordered-before關系。

如果內存位置不能支持未對齊的內存訪問（unaligned memory accesses），那么對該內存位置的未對齊訪問將在轉換的第一階段生成對齊錯誤（Alignment fault），該轉換將該位置定義為Device。

硬件不會阻止從具有任何Device memory屬性的內存位置進行推測性的指令獲取，除非該內存位置也被標記為所有異常級別的execute-never。

原文作者：Arm精選