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內(nèi)存管理單元（Memory Management Unit）簡稱MMU 功能: ①負(fù)責(zé)虛擬地址到物理地址的映射 ②提供硬件機(jī)制的內(nèi)存訪問權(quán)限檢查。 Q：內(nèi)存訪問權(quán)限檢查什么意思？ A：舉個(gè)例子，比如在我們Windows系統(tǒng)的PC中，在一個(gè)時(shí)間段需要依次運(yùn)行A，B，C三個(gè)應(yīng)用程序，這三個(gè)程序在我們的內(nèi)存地址中都有其相對應(yīng)的地址空間。當(dāng)我們在運(yùn)行A程序出現(xiàn)錯(cuò)誤或者有可能會破壞B程序時(shí)，這時(shí)由于內(nèi)存訪問權(quán)限的存在就使得A程序無法訪問B程序所在的內(nèi)存地址空間，從而避免了由于一個(gè)程序的錯(cuò)誤而導(dǎo)致?lián)p壞其它內(nèi)存空間的程序，這就是內(nèi)存訪問權(quán)限的作用。 這里我們具體看MMU的第一個(gè)功能：地址映射。 S3C2440中相關(guān)的結(jié)構(gòu)分布如下圖：  假設(shè)CPU要讀/寫外部存儲器SDRAM中的某一內(nèi)存地址的數(shù)據(jù)，這時(shí)候有兩條路可以選擇： 1.④⑤ 2.①②③ 如果選擇第一條路： CPU發(fā)出的地址就可以理解為物理地址，然后經(jīng)過存儲管理器確定SDRAM中相應(yīng)的行與列最后讀取具體的數(shù)據(jù)。 如果選擇第二條路： CPU發(fā)出的地址就可以理解為虛擬地址，經(jīng)過MMU后出來的就可以認(rèn)為是物理地址，然后經(jīng)過存儲管理器確定SDRAM中相應(yīng)的行與列最后讀取具體的數(shù)據(jù)。這里MMU的作用就是把虛擬地址映射為物理地址。 總結(jié)：CPU本身不關(guān)心地址是物理地址或是虛擬地址，它只管發(fā)出這個(gè)地址，然后最后讀取數(shù)據(jù)。不關(guān)注這個(gè)過程具體怎么完成的，平時(shí)我們寫程序時(shí)的鏈接地址，在CPU這里并不去區(qū)分什么物理地址還是虛擬地址，在它看來不管是什么都只是一個(gè)地址而已。 虛擬地址（VA，Virtual Address）到物理地址（PA，Physical Address）的轉(zhuǎn)換過程： 這里我們只是簡單說一下，不需要太深究，因?yàn)檫@些都是由MMU中硬件完成的，如果想具體的了解可以參考韋東山老師寫的《嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)完全手冊》。 VA到PA一般有兩種方法：1.用一個(gè)確定的數(shù)學(xué)公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 2.用表格存儲虛擬地址對應(yīng)的物理地址。這類表格稱為頁表（Page table），頁表由一個(gè)個(gè)條目（Entry）組成，每個(gè)條目存儲了一段虛擬地址對應(yīng)的物理地址及其訪問權(quán)限，或者是下一級頁表的地址。 mips使用的是第一種方法: VA=f(PA)=0xA0000000+PA，也就是PA=0xA0000000-VA。 我們學(xué)的ARM CPU用的是第二種方法，S3C2410/S3C2440最多會用到兩級頁表：①如果以段（Section，1MB）的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)只用到一級頁表； ②以頁（Page）的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)用到兩級頁表。這里的頁的大小有3種：大頁（64KB），小頁（4KB），極小頁（1KB）。條目也稱為“描述符（Descriptor）”，它有：段描述符、大頁描述符、小頁描述符、極小頁描述符，它們保存著段、大頁、小頁、極小頁的起始物理地址；粗頁表描述符、細(xì)頁表描述符，它們保存二級頁表的物理地址。 具體轉(zhuǎn)換過程： 1. 根據(jù)給定的虛擬地址找到一級頁表中的條目。 2. 如果此條目是段描述符，則返回物理地址，轉(zhuǎn)換結(jié)束，否則跳到3。 3. 如果此條目是二級頁表描述符，繼續(xù)利用虛擬地址在此二級頁表中找到下一個(gè)條目。 4. 如果第二個(gè)條目是頁描述符，則返回物理地址，轉(zhuǎn)換結(jié)束。 5. 其它情況出錯(cuò)。 舉個(gè)例子：我們用段的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由于ARM CPU是32位的，所以最大尋址范圍為2^32=4GB，也就是虛擬地址表示的范圍為0~4096MB，一個(gè)段為1MB，所以我們用的表格就是4096個(gè)1MB的段組成的，然后一個(gè)段保存著相應(yīng)的起始物理地址。 這里描述通過一級頁表形式的轉(zhuǎn)換過程圖： “TTB Base”代表一級頁表的地址。它的值存儲在協(xié)處理器CP15的寄存器C2（稱為頁表基址寄存器）。 一個(gè)段描述符為4個(gè)字節(jié)（32bit），那么4096個(gè)段占4096*4B=16KB，所以當(dāng)虛擬地址尋址范圍為0~4G時(shí)，一個(gè)一級頁表的大小就為16KB。 由上可知一級頁表的地址必須是16KB對齊的，所以[14:0]都是0。0b100 0000 0000 0000=0x4000=16384=16*1024B=16KB。 上圖為一級頁表的描述符格式，低兩位0b10時(shí)表示為段描述符。由于這里我們直說關(guān)于段描述符的相關(guān)概念（也就是上圖中第三個(gè)格式），所以其它的就不說了，具體了解自己可以看書。 [31:21]: 稱為段基址(Section base address)。這個(gè)描述符低20位填充0后就是一塊1MB物理地址空間的起始地址。0b1 0000 0000 0000 0000 0000=0x10000=1048576=1024*1024B=1MB。 綜上：以段的方式進(jìn)行映射時(shí)，虛擬地址MVA到物理地址PA的轉(zhuǎn)換過程如下： 1. 虛擬地址MVA。MVA[31:20]表示一級頁表索引，MVA[19:0]表示段內(nèi)陸址索引。 2. 頁表基地址寄存器。 3. 頁表基址寄存器[31:14]和MVA[31:20]組成一個(gè)低2位為0的32位地址，MMU利用這個(gè)地址找到段描述符。 4. 一級頁表中的一個(gè)32bit段描述符。 5. 段描述符的位[31:20]和MVA[19:0]構(gòu)成虛擬地址MVA對應(yīng)的物理地址PA。 |
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