MMU的简单介绍

 

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ARM的MMU的作用：负责虚拟地址与物理地址的转换。

多进程（应用）的操作系统如WINCE，需要MMU才能达到每个用户进程都拥有自己独立的地址空间的目标。比如A进程在地址0x30000000映射了可执行文件（ADS链接的），而B进程也在0x30000000映射了可执行文件，如A进程读取 0x30000000的内容则为A进程映射到0x30000000的内容，而B进程读取0x30000000的内容则为B进程映射到0x30000000 的内容，两者不冲突。ARM9的协处理器把这些虚拟地址换算到物理地址，而两个物理地址是不同的。

这样就可以理解为什么ARM7－TDMI只能运行uc/OS-II之类的操作系统。含有uc/OS-II操作系统和用户自己的应用程序，整个就是一个应用（一个进程），有ADS一起编译和链接。个人觉得uc/OS-II所说的任务理解为线程更合适。

I. 什么是MMU,MMU的作用
MMU是Memory Management Unit的缩写. 针对各种CPU, MMU是个可选的配件. MMU负责的是虚拟地址 &O1663;&O1664; 物理地址的转换. 提供硬件机制的内存访问授权.
现代的多用户多进程操作系统, 需要MMU, 才能达到每个用户进程都拥有自己的独立的地址空间的目标. 使用MMU, OS划分出一段地址区域, 在这块地址区域中, 每个进程看到的内容都不一定一样. 例如MICROSOFT WINDOWS操作系统, 地址4M-2G处划分为用户地址空间. 进程A在地址 0X400000映射了可执行文件. 进程B同样在地址 0X400000映射了可执行文件. 如果A进程读地址0X400000, 读到的是A的可执行文件映射到RAM的内容. 而进程B读取地址0X400000时则读到的是B的可执行文件映射到RAM的内容.
这就是MMU在当中进行地址转换所起的作用.

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  MMU功能部件是与虚拟内存技术（virtual memory）紧密联系在一起的。

伴随着这种技术的出现，“virtual address，即VA”和“physical address，即PA”也就出现了。一般来说，CPU看到的地址是VA，VA是有地址线来决定的。比如，s3c2410是32位的SoC，那么它的寻址空间为2^32=4GB，那么VA空间也就是4GB。但是在嵌入式系统中，物理存储器是不会有这么大的。现在这块s3c2410的实际内存SDRAM也就 64MB，远远小于4GB。也就是说，VA是4GB，PA是64MB，PA的地址空间是VA地址空间的子集。既然PA没有VA那么大，而且CPU只能看到 VA，那么CPU如何找到PA呢？这也正是MMU的基本作用之一，就是提供VA到PA的转换机制，除了硬件的支持外，软件上实际就是维护一张表，表中的内容是VA到PA的转换法则。由于有了MMU，那么就可以实现利用VA找到实际物理内存区域。

   现在讨论为什么要实现VA到PA的映射。就ARM而言，系统上电后，CPU的PC指向0x00000000或者0xffff0000，这是由CPU的设计者决定的。在这个位置，一般安排非易失性存储器地址空间，比如rom，flash等。但是flash等响应速度慢，这就称为提高系统性能的一个瓶颈。而 sdram则具有很高的响应速度，为了提高系统运行速度，可以把flash中的应用程序下载到sdram中执行，也就是一个简单的loader的功能实现。这样就出现一个问题，ARM响应exception时，程序指针指向固定的VA，比如，假设发生了IRQ中断，那么PC执行0x00000018（如果是高端启动，则指向0xffff0018处。）但是此处仍然为非易失性存储器，也就是说，程序的一部分仍然在flash或者rom中执行。这时可以利用 MMU，把sdram的地址映射到0x00000000起始的一片连续地址空间，而把原来flash映射到其他不相冲突的存储空间位置。例如，flash 的地址范围0x00000000－0x00ffffff，sdram的地址范围0x30000000－0x31ffffff。那么可以把sdram映射到 0x00000000－0x1fffffff（此处地址空间未被占用）。映射完成后，如果处理器异常，假设依然为IRQ中断，pc指向 0x00000018，但是pc实际上是从物理地址0x30000018处读取指令。通过mmu的映射，可以实现系统运行的加速。这个地方也可以说明 bootloader中常见的中断向量表的设置，为什么有些使用b，有些使用ldr了。【b的跳转空间只能是+-32M，而ldr可以大的多了。】

    在实际的应用过程中，还可能会把两片不连续的物理地址空间分配给sdram，而在os中，习惯上把sdram的空间连续起来，方便实现动态内存管理。通过mmu可以实现不连续的物理地址空间映射为虚拟地址空间。

    另外一个需求就是，实现不同的运行级别，那么一些关键的代码可以设定不被普通应用程序访问。这也是通过mmu控制访问权限来实现的。

    综上三个阶段所述，可见MMU的作用主要就是两个:

    · 实现VA到PA的映射（可以因此实现方便的动态内存管理）
    · 实现不同的访问权限。