S3C2440的内存管理单元MMU

1.MMU简介

   MMU(Memory Management Unit),内存管理单元，主要职责：将虚拟地址映射为物理地址，提供硬件机制的内存访问权限检查。

2.基本概念

  虚拟地址（Virtual Address,VA),修改后的虚拟地址（Modified VA),物理地址(Phisical Address)

 VA是CPU使用的地址，MVA是MMU、Caches使用的，他们的映射关系：

  

(1)cpu看到的是VA

(2)caches和MMU使用的是MVA，

(3)实际物理设设备使用的是PA。

3.地址转换中的基本概念

地址的转换就像是数学中映射，利用函数公式，多对1，就是多个虚拟地址对应同一个物理地址。

这里地址转换用的是页表的方式。

（1）页表

   页表是由一个个表项（Entry，又称作描述符）组成的物理表，每个页表项或是一个物理页(一块物理内存，大小为1k，4k不等）的起始地址，或是一个二级页表的地址（当是一个二级页表的地址时，又可以称该页表为页描述符）。所有的页表都用物理地址访问。

 (2)表项（描述符）的分类

  依据描述符保存的内容，可以分为两类。

  一类保存的是直接的物理页或段的起始地址，如段描述符、大页、小页、极小页描述符。

  另一类保存的是二级页表的物理地址，如粗页表描述符，细页表描述符。

 (3)一级映射与二级映射

   一级映射，是指以段（Section，大小1MB）的方式进行转换。

   二级映射，是以页的方式进行转换。ARM页大小由三种：1k，4k，64k。

4.地址转换的过程

 （1）CPU发出一个VA，是怎么转换为MVA的

   这在上图可以看到，是通过一个硬件电路转换的。

 在ARM9里面，如果VA<32M，利用进程标识号PID转换得到MVA

过程如下：

if(VA < 32M)

     MVA = VA | ( PID<<25 )

else

     MVA = VA

只是上面的过程是由硬件实现的。

  这样为VA进行了一级映射，为什么呢？在linux系统里，每个进程的地址空间0-4G，0-3G是进程独有的，称为用户空间，3G-4G是系统的，称为内核空间，所有进程共享。如果两个进程所用的VA有重叠，在切换进程时，为了把重叠的VA映射到不同的PA上，需要重建页表、使无效caches和TLBS。使用了MVA，使进程在VA相同的情况下，使用不同的MVA，进而PA也不同。这就是在VA与PA之间加上一次到MVA的映射的意义。

（2）MVA到PA的转换

上面说了，虚拟地址到物理地址的转换有两种方式：公式映射+页表转换。

概念上面也介绍过了。

这里就进行实际的转换说明。

首先，给定一个MVA，要进行转换，先要找到一级页表，怎么找？

有一个寄存器，TTB寄存器，页表基地址寄存器，负责保存一级页表的基地址，当然是物理地址。

 

TTB寄存器是集成在CP15协处理器中的，

TTB的格式：

因此，一级页表的地址是16k对齐的，因为[14:0]要求为0.

 

一级页表的描述符格式：

 

 

一级页表的表项，可以是个段描述符，粗页表描述符或细页表描述符。

共同点是，每个描述符都代表1MB的物理地址空间。

不同点：段描述符直接指向一个1MB地址空间，可以直接访问；而页表描述符，顾名思义，就是指向一个二级页表，还需要另一次映射。

 

二级页表的描述符格式：

 

二级页表有两种：粗页表（Coarse Page Table )+细页表( Fine Page Table)

粗页表与细页表的异同：粗页表有最多256个表项，每个表项可表示4kb空间，如果表项是个大页页表描述符，则连续16个表项都表示同一个大页描述符。

细页表中每个表项代表1kb，指向一个极小页；也可扩展成4k的小页，64k的大页。

 

页表的结构与格式就是这些了。。下面看转换的具体过程

 

段地址转换

大页地址转换

小页的地址转换

极小页的地址转换