简谈MMU与SMMU

在服务器的处理器firmware开发中，经常会遇到大家讨论MMU和SMMU的概念，而且会进一步讨论的相关的TLB和huge TLB概念。实不相瞒，一开始我是非常懵逼的，只是写code而已，最多是有用到MMIO来写device的寄存器，MMU和SMMU对我来说完全透明无感。

不过了解了MMU和SMMU之后，就不会再这样想了。

MMU是memory management unit的缩写，提供虚拟地址和物理地址的转换，为CPU提供硬件的内存访问机制。换句话说，不管我们是在user mode还是kernel mode开发，只要是通过CPU来执行指令集，而CPU又选择了enable MMU的feature（现代CPU基本都是enable CPU的），那么我们所写的代码一定有虚拟地址和物理地址的转换，也就是用到了MMU。

MMU是以页表管理机制为基础的，我们以ARMv7-A中的二级页表查询过程为例，当MMU中的TLB模块没有命中时，MMU的查询过程如下，最后会通过页表查询完成虚拟地址到物理地址的转换。（参考：奔跑吧Linux内核入门篇（笨叔，陈悦） 9.1.4 章节）

而SMMU的全程是system memory management unit，也是负责虚拟地址和物理地址的转换，不过和MMU不同的之处在于，SMMU的服务对象不是CPU，而是IO设备和加速引擎。在服务器架构中，不单单只有CPU来访问物理内存，GPU这样的加速引擎也会需要访问物理内存，这时SMMU就为其提供了硬件的物理内存访问机制。（参考：鲲鹏处理器架构与编程（戴志涛 刘健培）： 3.3.3 章节）