ok6410,mmu,内存管理

2022-12-20 18:08:35

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　MMU

一、MMU学习

　　MMU其实就是一个页表。将虚拟地址通过查表的方式，对应到物理地址去他由一个或一组芯片组成，一般存在与协处理器中。

　　1.将虚拟地址转化为物理地址

　　2.访问权限管理

1.1得出mmu功能

　　这个图就说明了MMU的作用：

　　有三个任务在运行，运行的地址都是0x400000，如果不进行处理，肯定是不行的。所以加入了MMU，MMU其实就是一个页表。将虚拟地址通过查表的方式，对应到物理地址去。虽然三个任务的运行地址都是0x400000，但是这个地址是虚拟地址，在页表中，将每个任务的虚拟地址对应到不同的物理地址，这样，就实现了各个任务虽然是同一个虚拟地址，但是在不同的物理地址中运行。

1.2映射方式（ARM920T_TRM1_S 57页）

　　映射方式：映射方式有两种，段映射和页映射。段映射只用到一级页表，页映射用到一级页表和二级页表。

　　映射粒度：段映射的映射粒度有两种，1M section和16M supersection；页映射的映射粒度也有两种，4K small page和64K large page。

1.3页表

　　MMU要自动进行虚拟地址到物理地址的转化，首先要找到一级页表，而一级页表的基地址(TTB：translation table base)则是保存在CP15的C2寄存器中。因此，当程序员创建好相应的页表后，需要将页表基地址写入该寄存器。

MMU有一级转换和二级转换，其实就是查几次表。对于一级转换，就是只查一次页表，就确定了物理地址。这个在S3C6410中，方式是段映射。对于二级转换，就要查两次页表或者三次，才能确定物理地址，这个在S3C6410中。有两种方式，一种细页方式，一种粗页方式。这两种的区别就是每一页对应的大小不一样而已。

　　通过虚拟地址的[31:20]，找到对应的转换描述符，这个转换描述符其实就是一个存在ram中的32位的一个数据。通过判断这个描述符的最后两位，判断是什么转换。

1.3.1一级页表描述符

　　一级页表描述符后两位如果是10则表示为段转换。

　　如果是段转换，就按照段转换的格式去转化物理地址

　　如果是页转换，就在去找第二级的页表，然后再按照二级页表的格式去转化物理地址。

　　B：表示是否使能write buffer（使用buffer可以提高cpu运行效率-à当CPU访问内存数据时但是内存没准备此时cpu可以将数据暂时存放于buffer）

　　C: 表示是否开启cache(cahce用来保存cpu可能要经常访问内存区域的数据，以便于快速访问)

　XN：

　　Domain:用来说明该段属于哪一个域，ARM11共有16个域（由CP15的C3来设置），每个域可以设定不同的权限。将段分配到某个域，就使这段的权限和设定的域权限一样。（手册arm11 P195）

　　P：表示段区间有ECC，ARM11不支持，所以这一位为0.

　　AP：访问权限，这个配合域，说明该段地址的访问权限。（手册arm11 P329）

　　APX: 提供额外的访问权限。

　S:表示区域是否共享。0不共享，1共享。这个手册上说，是为了多核使用的。目前用不到，设置为0.

　 nG:

　　Section base address：这个就是段的物理地址的高12位。

1.4段转换

　　ARM11是32位的，对于段转换，每一个段代表物理的1MB地址，一级页表总共有4096个转换符，所以够表示的空间是4G。页表的首地址就是TTB，这个地址是很重要的，因为有了这个地址才能知道页表是存在什么地方的，才能通过偏移找到对应的描述符。所以，是有一个寄存器来保存这个地址的，这个寄存器就在CP15的c2寄存器。

　　通过虚拟地址的高12位偏移，找到页表中的对应描述符，判断描述符的最后两位，确定是什么转换。10的话就表示是段转换。

　　判断是段转换后，将描述符的高12位取出，这个就是物理的基地址，在和虚拟地址的后20位拼接，就得到对应的物理地址。

　　对于段转换，每一个段代表物理的1MB地址。为什么是1MB了。因为总共是有4096个描述符，而ARM11是32位的，所以能够表示的空间是4G。

以段的方式进行映射时，虚拟地址MVA到物理地址PA的转换过程如下：

　　①页表基址寄存器位[31:14]和MVA[31:20]组成一个低两位为0的32位地址，MMU利用这个地址找到描述符

　　②取出段描述符的位[31:20]（段基址），它和MVA[19:0]组成一个32位的物理地址（这就是MVA对应的PA）

1.5页转换（ARM11 360页）

　　二级转换

1.6程序设计

1.6.1建立页表

　　使用段映射的方式，那么就要将段映射的描述符写入到相应的内存中去。

　　首先将页表放在ddr的第一个位置，也就是0x50000000。所以需要将这个地址写入到TTB中。

　　其次，开启MMU后，使用的就是虚拟地址了，所以还要建立程序段的页表，不然一旦开启MMU，CPU去取指令，这个时候发出的就是虚拟地址，但是又没有建立虚拟地址到物理地址的映射表。这样的话，就取不到指令了，程序就崩溃了。所以还需要对代码区建立映射页表。代码区的映射就是将虚拟地址直接转换为物理地址使用。

　　将这个地址给映射到0x7F000000区域去。

　　unsigned long *ttb = (unsigned long *)0x50000000;//获取基地址

　　unsigned long vaddr, paddr;

　　vaddr = 0xA0000000;

　　paddr = 0x7f000000;

　　*(ttb + (vaddr >> 20)) = (paddr & 0xFFF00000) | MMU_SECDESC;

　　//获得一级描述符的地址并且赋值

　　首先申明一个ttb指针，这个指针就指向一级表的基地址，也就是ddr的首地址，0x50000000。然后再申明两个变量，一个表示虚拟地址，一个表示物理地址。

　　根据前面的一级段描述符格式，往对应的内存单元写入数据即可。段描述符的高12位是物理地址的高12位，所以首先有一个物理地址和0xFFF00000与的操作，将物理地址的高12位写入到段描述符。

　　这里使用*(ttb + (vaddr >> 20))来对对应的页描述符进行赋值。在一级页表中，是通过虚拟地址的高12位来决定偏移是多少。高12位也就是位移20位，所以这里就是加上虚拟地址右移20位的值，也就是取出高12位的值。注意，这里是指针操作，假设这个时候虚拟地址的高12位值是5，那么写的地址不是0x50000005，而是0x50000014。因为指针的数据类型是long型，4个字节，所以加1，地址就会加4，加5，地址就会加5*4=20。

　　后面位的配置：