MIPS_TLB

映射机制的本质：是一个程序能够判断出其使用的某个地址是否在自己的地址空间，并且迅速找出相对应的物理地址。

简单来说就是V ADD-〉P ADD的过程。

但是mips中，tlb不命中充填的过程不是由硬件来完成的，因此需要软件来做。

也就是当发现一个无法译码的地址的时候，就触发一个TLB重装异常，然后由程序作剩下的事情。

 

由此可以看出，其实转换得过程就是一个输入键值（V ADD）和一个输出值（P ADD），

而mips里有以下几个寄存器来装载这些东西。

EnrtyHi寄存器包含 V ADD的VPN，ASID，PageMask。对应键值。

EntryLo寄存器包含输出值：P ADD的PFN，N/C，D，V等控制位。用来描述和控制该物理地址的。

 

ASID：这个值是操作系统用来识别当前进程的地址空间，它*不会*被 *异常* 改变， 所以当发生tlb重装异常的时候，他依旧标识着当前进程的信息。？？那么中断呢？

 

N/C: 是否被缓存， 32位的使用的是N（Noncacheable）置一表示不用缓存，0表示用。总之如果TLB匹配出的物理地址的N位表示使用缓存的时候，cpu就到cache中去找该物理地址中的数据，发现如果cache里面没有，再从内存里找，并且要留一份拷贝到cache中。

如果标志不使用缓存，那么就不跟缓存打交道。也不负责缓存的回写。

 

V：是否有效。如果是0， 则相应得物理地址时不能使用的。TLB初始化的时候需将v清0。

 

D：是否允许数据写入。 置一表示相应地址可写。

 

另外还有几个tlb内部的寄存器。

l         Index寄存器：当使用tlb指令读写tlb入口的时候，就读取更改index对应的那个tlb入口。

Index的有效域表示了该cpu支持的最大tlb入口数。

 

l         Random寄存器：仅在tlbwr指令时使用，目的是随机替换一个tlb。节约tlb重装的时间，仅此而已。

Index寄存器初值是最大，即tlb入口个数。然后随着每条指令的执行而递减，当到某一个值A 的时候，就重新置到最大值重复着一过程。目的是保护index为0----A-1 的tlb不会被随机替换策略换出。 在32上A的值是不能改的。 而64位增加了个wired寄存器来更改此值。

 

l         Context寄存器：用来加速tlb的重装入。

当tlb缺失异常发生的时候，导致异常的V ADD已经被装入了BadVAddr，并且VPN都已经装入了EntryHi的相应域，这显然已经作了很多事情了， 但是Context寄存器更深一步，将常驻内存页表的基地址的高位，异常地址的VPN都放入到了context寄存其中。

 

l         PageMask：用来支持不同页大小的tlb入口。

      24             13    0

   ...| PageMask 域   |... |

假设我们现在需要映射的内存体系是以16k为一页的，那么我们现在VPN即虚页号，还是忽略底12位。按照4k来，PFN也如此。 但是这是就用上PageMask 了。我们此时需要将PageMask的有域的底两位置一。 Tlb匹配的是活就直接将VPN的底两位这忽略掉直接拷贝到PFN上了。这就实现了16k页面的匹配。

 

 

MMU的控制指令：

Tlbr: (tlb read ) 会根据index来读tlb表项。

注意：此指令会覆盖整个EntryHi，所以之后还需要重新写入正确的当前ASID值。

 

Tlbwi: (tlb write by index) 根据index来写tlb表项。

 

Tlbwr: (tlb write by radom)  对radom寄存器选中的tlb表项进行写操作

注：一般tlbwr被用在tlb冲撞异常处理中写入一个新的tlb表项。 其他任何情况都是用tlbwi

 

Tlbp: (tlb prob) 在tlb中查找VPN, ASID 都跟EntryHi寄存器中的相应域匹配的入口，并把相应表项的索引值存入index寄存器。如果匹配失败，那么将index的P位（最高为）置一。

注：1：tlb指令不能从tlb中预取数据， 必须在其后运行tlbr才可以实现。

2：tlb内部是流水化的，因此在tlbp指令之后，不能紧跟读取和存储的操作。

 

 

                                                        

                                                    

完整的地址译码过程：

1：将cpu访问的地址去掉底12位，生成VPN，然后加上ASID一起组成一个tlb入口键值。

2：tlb内部进行匹配，匹配成功，将输出值的PFN和地址的底12位组合构成完成的物理地址。

3：判断该物理地址的特性，验证V，D项，如果V= 0，或者D=0 （不可写）并且操作是写操作的时候会引发其他的异常， badVaddr会将该地址装入。

4：判断该物理地址是否被缓存，如果缓存了，可以从cache中读取，但如果cache不明中，到内存中读完之后，还要留一份拷贝给cache； 如果没有被缓存，那么跟cache不沾边。

 

但是当tlb缺失异常的时候，需要做一下事情：

1：根据context寄存器中内容指的也表项去看是否存在一个有效的转换。如果还不存在，就表示发生了嵌套的tlb异常，那么则转入到通用的异常处理函数中。

2：如果存在正确的地址转换，那么在tlb内部创建一个实现此译码的tlb入口。

3：选择一个可以丢弃的tlb入口，一般用tlbwr 即可。

 

 

注：发生双重异常的时候，不会改变异常返回寄存器EPC的值。