Ok6410硬件操作之MMU

MMU的作用

MMU简单来说就是两个作用：

1.将虚拟地址转化为物理地址（查表映射），在逻辑上对内存容量进行了扩充（重点讲解）

2.存储访问权限控制（参看http://www.cnblogs.com/stardream/articles/1758289.html）。

1.地址分类

ARM11中的3种地址：VA（Virtual Address，虚拟地址），MVA（ModifiedVirtual Address ，变换后虚拟地址），PA（PhysicalAddress，物理地址）。

       1）VA，是程序中的逻辑地址，0x00000000~0xFFFFFFFF。CPU核心看到和用到的只是虚拟地址VA。

       2）MVA，由于多个进程执行，逻辑地址会重合。所以，跟据进程号将逻辑地址分布到整个内存中。MVA = (PID << 25)  | VA。Caches和MMU看不到VA，他们利用MVA转换得到PA。 PID是存放在CP15协处理器的C13寄存器的高7位。

 

在32位的CPU系统上，虚拟地址空间为2^32 = 4G

VA和MVA的转换公式为：

if(VA < 32M) then

   MVA = VA | PID << 25;

else

  MVA = VA;

这样，只要每个进程的VA都在32M之内，就可以保证每个进程的MVA不会发生重叠。2^25 = 32M。另外，可以计算出进程最多为2^(32-25) = 128个

利用PID生成MVA的目的是为了减少切换进程时的代价：不使用MVA而直接使用VA的话，当两个进程所用的虚拟地址空间重叠时，在切换进程时为了把重叠的VA映射到不同的PALBB上去，需要重建页表、使无效的caches和TIB等，代价非常大。使用MVA后，进程切换就省事多了。

      3）PA，MVA通过MMU转换后的地址。实际设备看不到VA、MVA，读写它们使用的是物理地址PA

 由2可知，地址位共32位，PID占7位，所以最多只能有 128 个进程。而每个进程可访问的地址位为25位，故只能分到 32MB 的地址空间。（注：不是物理内存空间）

 

2.地址转化

    虚拟地址到物理地址的转换过程。ARM使用页表来进行转换，S3C6410最多会用到两级页表，以段(Section，1M)的方式进行转换时只用到一级页表，以页(Page)的方式进行转换时用到两级页表。页的大小有3种：大页(64KB)、小页(4KB)和极小页（1KB）。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。

    首先有个页表基址寄存器TTB（位置在协处理器CP15的寄存器C2），它里面写入的就是一级页表的地址，通过读取它就可以找到一级页表存放的起始位置。一级页表的地址是16K对齐(所以[13:0]为0，使用[31:14]存储页表基址)。一级页表使用4096个描述符来表示4GB空间，所以每个描述符对应1MB的虚拟地址，存储它对应的1MB物理空间的起始地址，或者存储下一级页表的地址。使用MVA[31:20]来索引一级页表(31-20一共12位，2^12=4096，所以是4096个描述符)，得到一个描述符，每个描述符占4个字节。

★描述符最后两位为0B10时，即是段的方式映射。[31:20]为段基址，此描述符低20位填充0后就是一块1MB物理地址空间的起始地址。MVA[19:0]用来在这1MB空间中寻址。描述符的位[31:20]和MVA[19:0]构成了这个虚拟地址MVA对应的物理地址。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10的32位地址，MMU利用这个地址找到段描述符；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)。

 

★描述符最后两位为0B01时，即是粗页的方式映射。粗页描述符中存放的是粗页表二级表的基址。 将MVA的[19~12]位用来进行二级页表查寻。粗页表二级表分两种：

        1）大页描述符，一个描述符可以对应64KB的内存地址，但16个二级描述符对应同一块内存。

        2）小页描述符，一个描述符只对应4KB的内存地址，每个二级描述符只对应一块内存。

下面以保存在粗也表中的大页描述符为例，说明地址转化的过程。

1)    页表基址寄存器为[31:14]和MVA[31:20]组成一个低两位为0地32位地址，MMU利用这个地址找到粗页表描述符。

2)    取出粗页描述符的为[31:10]----即粗页基址，它和MVA[19:12]组成一个低两位为0的32为物理地址-----据此可以找到大页描述符。

3)    取出大页描述符的为[31:16]----即大页基址，它和MVA[15:0]组成一个32位物理地址-----这就是MVA对应的PA。

★描述符最后两位为0B11时，即是细页的方式映射。细页描述符中存放的是细页表二级表的基址。将MVA的[19~10]，共计10位用于进行二级页表索引。二级页表共1024个描述符。剩下的10位作为基址，可访问空间为1024B。

 

 

MMU配置与使用

使用段映射为例，将vaddr = 0xA0000000映射到paddr = 0x7f000000;

 

#define GPKCON (volatile unsigned long*)0xA0008820 #define GPKDAT (volatile unsigned long*)0xA0008824 /*  * 用于段描述符的一些宏定义  */ #define MMU_FULL_ACCESS     (3 << 10)   /* 访问权限 */ #define MMU_DOMAIN          (0 << 5)    /* 属于哪个域 */ #define MMU_SPECIAL         (1 << 4)    /* 必须是1 */ #define MMU_CACHEABLE       (1 << 3)    /* cacheable */ #define MMU_BUFFERABLE      (1 << 2)    /* bufferable */ #define MMU_SECTION         (2)         /* 表示这是段描述符 */ #define MMU_SECDESC         (MMU_FULL_ACCESS | MMU_DOMAIN | MMU_SPECIAL | MMU_SECTION) #define MMU_SECDESC_WB      (MMU_FULL_ACCESS | MMU_DOMAIN | MMU_SPECIAL | MMU_CACHEABLE | MMU_BUFFERABLE | MMU_SECTION) void create_page_table(void) {     unsigned long *ttb = (unsigned long *)0x50000000;     unsigned long vaddr, paddr;     vaddr = 0xA0000000;     paddr = 0x7f000000;     *(ttb + (vaddr >> 20)) = (paddr & 0xFFF00000) | MMU_SECDESC;     vaddr = 0x50000000;     paddr = 0x50000000;     while (vaddr < 0x54000000)     {         *(ttb + (vaddr >> 20)) = (paddr & 0xFFF00000) | MMU_SECDESC_WB;         vaddr += 0x100000;         paddr += 0x100000;     } }   void mmu_init() {    __asm__(         /*设置TTB*/     "ldr    r0, =0x50000000\n"                      "mcr    p15, 0, r0, c2, c0, 0\n"            /*不进行权限检查*/     "mvn    r0, #0\n"                       "mcr    p15, 0, r0, c3, c0, 0\n"       /*使能MMU*/     "mrc    p15, 0, r0, c1, c0, 0\n"        "orr    r0, r0, #0x0001\n"              "mcr    p15, 0, r0, c1, c0, 0\n"        :     :   ); } int  main() {     create_page_table();     mmu_init();     *(GPKCON) = 0x1111;     *(GPKDAT) = 0xe;     return 0;    }

 

相关资料：http://blog.csdn.net/hevake_lcj/article/details/7400751

                   http://www.cnblogs.com/stardream/articles/1758289.html

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