mips基本地址空间

相关基本概念：

1. 物理地址： 内存的实际地址。
   总线地址 : axi,ahb,apb等系统总线上的地址，通常总线地址等于逻辑地址。
   虚拟地址：cpu看到的地址。

2. mips cpu可以运行在两种特权级别上 : 用户态和核心态。也就是用户模式和核心模式。
   从核心态切换到用户态，MIPS CPU做的工作并没有不同，只是有时是非法的。在用户态，任何一个地址的首地址是非法的，就会引起陷阱异常。另外，在用户态下，一些指令也会引起异常。在核心模式下，cpu可以做任何事情。在用户模式下，程序地址超过2GB之上是非法的产生一个陷阱。

   mips的内核模式和用户模式可以通过cp0寄存器进行配置，具体配置方法参考下图：
   

3. mapped : 物理地址到虚拟地址转换需要使用tlb
   unmapped : 物理地址到虚拟地址转换不需要使用tlb
   
   

下图是mips地址空间划分：

kuseg : 0x00000000~0x7fffffff（2G），这一段空间，为User Space，可以在User Mode下访问，当然，在Kernel Mode下也是可以访问的。程序在访问User Space的内存时，会通过MMU的TLB，映射到实际的物理地址上。也就是说，这一段逻辑地址空间和物理地址空间的对应关系，是由MMU中的TLB表项 决定的。内核空间的copy_to_user和cppy_from_user会访问到这个空间。

kseg0 : 0x80000000~0x9fffffff(512MB), 这段空间虚拟地址转物理地址的方法是把最高位清零。虚拟地址连续映射到物理内存的低512MB。访问这段物理空间不需要tlb转换，会经过cache。通常bootloader和kernel会使用这块空间。

kseg1 : 0xa0000000~0xbfffffff(512MB), 这段空间虚拟地址转物理地址的方法是把高三位清零。虚拟地址连续映射到物理内存的低512MB。访问这段物理空间不需要tlb转换，不会经过cache。由于使用前不需要初始化tlb和cache，所以这块空间在系统启动时可以直接使用，mips启动入口就设在了kseg1的0x1fc00000。通常I/O空间也设在kseg1。

kseg2和kseg3 : 0xc0000000~0xffffffff(1GB),访问这段物理空间需要tlb转换，会经过cache。通过vmalloc申请的内存地址在这段空间，连续的虚拟地址映射到非连续的物理地址。

下图是内核模式下虚拟地址到物理地址的映射关系图

几点解释和说明：

1. kseg0和kseg1都直接映射到物理地址的低512MB。在这段空间，物理地址和虚拟地址都是连续的。
2. useg和kseg2 kseg3的物理地址需要通过tlb转换得到。在这些空间，虚拟地址是连续的，物理地址是非连续的。
3. 物理地址0x00000000~0x10000000 和 0x20000000~0x30000000对应DDR的低256M。
4. 物理地址的0x10000000~0x20000000（256M）通常给I/O控制器使用。
5. 如果想使用DDR大于256M的空间，需要使能kernel的高端内存，并且使用vmalloc申请空间。（如果没使能高端内存，vmalloc申请到的空间仍然是低256MB）。
6. 内核API的virt_to_phys和phys_to_virt只能用于直接映射的地址空间，也就是虚拟地址0x80000000~0xbfffffff。
7. 个人认为上图中的物理地址叫做总线地址或者逻辑地址更合适一些。我习惯于只把DDR的地址称作物理地址。
   
   
   
   

作者声明：本文是作者学习总结，能力有限，难免出现问题，如发现问题会及时修改。如有侵权，联系本人删除。