IT业行者，行者无疆
分类： 嵌入式
2010-10-16 14:23:37
先看看create_page_table函数。它用于设置3个区域的地址映射关系。
（1）将虚拟地址0 - (
（2）GPIO寄存器的起始物理地址范围为0x56000000，将虚拟地址0xA0000000 - (0xA0000000 +
（3）本开发板中SDRAM的物理地址范围为0x30000000 - 0x33FFFFFF，将虚拟地址0xB0000000 - 0xB3FFFFFF映射到物理地址0x30000000 - 0x33FFFFFF。
create_page_table函数代码如下：
/*
* 设置页表
*/
void create_page_table(void)
{
/*
* 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)
#define MMU_SECTION_SIZE 0x00100000
unsigned long virtuladdr, physicaladdr;
unsigned long *mmu_tlb_base = (unsigned long *)0x30000000;
/*
* Steppingstone的起始物理地址为0，第一部分程序的起始运行地址也是0，
* 为了在开启MMU后仍能运行第一部分的程序，
* 将0～
*/
virtuladdr = 0;
physicaladdr = 0;
*(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | \
MMU_SECDESC_WB;
/*
* 0x56000000是GPIO寄存器的起始物理地址，
* GPBCON和GPBDAT这两个寄存器的物理地址0x56000010、0x56000014，
* 为了在第二部分程序中能以地址0xA0000010、0xA0000014来操作GPBCON、GPBDAT，
* 把从0xA0000000开始的
*/
virtuladdr = 0xA0000000;
physicaladdr = 0x56000000;
*(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | \
MMU_SECDESC;
/*
* SDRAM的物理地址范围是0x30000000～0x33FFFFFF，
* 将虚拟地址0xB0000000～0xB3FFFFFF映射到物理地址0x30000000～0x33FFFFFF上，
* 总共
*/
virtuladdr = 0xB0000000;
physicaladdr = 0x30000000;
while (virtuladdr < 0xB4000000)
{
*(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | \
MMU_SECDESC_WB;
virtuladdr += 0x100000;
physicaladdr += 0x100000;
}
}
mmu_tlb_base被定义为unsigned long指针，所指向的内存为4字节，刚好是一个描述符的大小。在SDRAM的开始存放页表——第84行令mmu_tlb_base指向SDRAM的起始地址0x30000000。其中最能体现页表结构的代码是第93、104、116行。
*(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | \
MMU_SECDESC_WB;
*(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | \
MMU_SECDESC;
*(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | \
MMU_SECDESC_WB;
虚拟地址的位[31：20]用于索引一级页表，找到它所对应的描述符，对应于“（virtuladdr >> 20）”。
如图7.13所示，段描述符中位[31：20]中保存段的物理地址，对应于“physicaladdr & 0xFFF
位[11：0]中用来设置段的访问权限，包括所属的域、AP位、C位（是否可Cache）、B位（是否使用Write buffer）——这对应于“MMU_SECDESC”或“MMU_SECDESC_WB”，它们的域都被设置为0，AP位被设为0b11（根据表7.2可知，它所在的域进行权限检查，则读写操作都被允许）。“MMU_SECDESC”中C/B位都没有设置，表示不使用Cache和Write buffer，所以映射寄存器空间时使用“MMU_SECDESC”。“MMU_SECDESC_WB”中C/B位都设置了，表示使用Cache和Write buffer，即所谓回写式，在映射Steppingstone和SDRAM等内存时使用“MMU_SECDESC_WB”。
现在来看看mmu_init函数。create_page_table函数设置好了页表，还需要把页表地址告诉CPU，并且在开启MMU之前做好一些准备工作，比如使无效ICache和DCache，设置域访问控制寄存器等。代码的注释就可以帮助读者很好的理解mmu_init函数，不再重复。代码如下：
/*
* 启动MMU
*/
void mmu_init(void)
{
unsigned long ttb = 0x30000000;
__asm__(
"mov r0, #0\n"
"mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0\n" /* 使无效ICaches和DCaches */
"mcr p15, 0, r0, c7, c10, 4\n" /* drain write buffer on v4 */
"mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0\n" /* 使无效指令、数据TLB */
"mov r4, %0\n" /* r4 = 页表基址 */
"mcr p15, 0, r4, c2, c0, 0\n" /* 设置页表基址寄存器 */
"mvn r0, #0\n"
"mcr p15, 0, r0, c3, c0, 0\n" /* 域访问控制寄存器设为0xFFFFFFFF，
* 不进行权限检查
*/
/*
* 对于控制寄存器，先读出其值，在这基础上修改感兴趣的位，
* 然后再写入
*/
"mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0\n" /* 读出控制寄存器的值 */
/* 控制寄存器的低16位含义为：.RVI ..RS B... .
* R : 表示换出Cache中的条目时使用的算法，
* 0 = Random replacement；1 = Round robin replacement
* V : 表示异常向量表所在的位置，
* 0 = Low addresses = 0x00000000；1 = High addresses = 0xFFFF0000
* I : 0 = 关闭ICaches；1 = 开启ICaches
* R、S : 用来与页表中的描述符一起确定内存的访问权限
* B : 0 = CPU为小字节序；1 = CPU为大字节序
* C : 0 = 关闭DCaches；1 = 开启DCaches
* A : 0 = 数据访问时不进行地址对齐检查；1 = 数据访问时进行地址对齐检查
* M : 0 = 关闭MMU；1 = 开启MMU
*/
/*
* 先清除不需要的位，往下若需要则重新设置它们
*/
/* .RVI ..RS B... .
"bic r0, r0, #0x3000\n" /* ..11 .... .... .... 清除V、I位 */
"bic r0, r0, #0x0300\n" /* .... ..11 .... .... 清除R、S位 */
"bic r0, r0, #0x0087\n" /* .... .... 1... .111 清除B/C/A/M */
/*
* 设置需要的位
*/
"orr r0, r0, #0x0002\n" /* .... .... .... ..1. 开启对齐检查 */
"orr r0, r0, #0x0004\n" /* .... .... .... .1.. 开启DCaches */
"orr r0, r0, #0x1000\n" /* ...1 .... .... .... 开启ICaches */
"orr r0, r0, #0x0001\n" /* .... .... .... ...1 使能MMU */
"mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0\n" /* 将修改的值写入控制寄存器 */
: /* 无输出 */
: "r" (ttb) );
}
mmu_init函数在C语言中嵌入了汇编指令。
第二部分代码leds.c中只有两个函数：wait和main。wait函数用来延迟时间，main函数用来循环点亮4个LED。与前面两章所用的leds.c有两点不同。
（1）操作GPBCON、GPBDAT两个寄存器时使用虚拟地址0xA0000010、0xA0000014，在init.c中已经把虚拟地址0xA0000000 - (0xA0000000 +
（2）在定义wait函数时使用了一点小技巧，将它定义成”static inline”类型，原因在源码的第15行给出。
leds.c代码如下：
/*
* leds.c: 循环点亮4个LED
* 属于第二部分程序，此时MMU已开启，使用虚拟地址
*/
#define GPBCON (*(volatile unsigned long *)0xA0000010) // 物理地址0x56000010
#define GPBDAT (*(volatile unsigned long *)0xA0000014) // 物理地址0x56000014
#define GPB5_out (1<<(5*2))
#define GPB6_out (1<<(6*2))
#define GPB7_out (1<<(7*2))
#define GPB8_out (1<<(8*2))
/*
* wait函数加上“static inline”是有原因的，
* 这样可以使得编译leds.c时，wait嵌入main中，编译结果中只有main一个函数。
* 于是在连接时，main函数的地址就是由连接文件指定的运行时装载地址。
* 而连接文件mmu.lds中，指定了leds.o的运行时装载地址为0xB4004000，
* 这样，head.S中的“ldr pc, =0xB
*/
static inline void wait(unsigned long dly)
{
for(; dly > 0; dly--);
}
int main(void)
{
unsigned long i = 0;
// 将LED1-4对应的GPB
GPBCON = GPB5_out|GPB6_out|GPB7_out|GPB8_out;
while(1){
wait(30000);
GPBDAT = (~(i<<5)); // 根据i的值，点亮LED1-4
if(++i == 16)
i = 0;
}
return 0;
}
Makefile内容如下：
objs := head.o init.o leds.o
mmu.bin : $(objs)
arm-linux-ld -Tmmu.lds -o mmu_elf $^
arm-linux-objcopy -O binary -S mmu_elf $@
arm-linux-objdump -D -m arm mmu_elf > mmu.dis
%.o:%.c
arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o $@ $<
%.o:%.S
arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o $@ $<
clean:
rm -f mmu.bin mmu_elf mmu.dis *.o
Makefile中第4行命令用来连接程序，它使用连接脚本mmu.lds来控制连接器的行为。文件mmu.lds内容如下：
SECTIONS {
firtst 0x00000000 : { head.o init.o }
second 0xB0004000 : AT(2048) { leds.o }
}
连接脚本mmu.lds将程序分为两个段：first和second。前者由head.o和init.o组成，它的加载地址和运行地址都是0，所以运行前不需要重新移动代码。后者由leds.o组成，它的加载地址为2048，重定位地址为0xB0004000，这表明段second存放在编译所得映像文件地址2048处，在运行前需要将它复制到地址0xB0004000处，这由init.c中的copy_2th_to_sdram函数完成（注意，此函数将代码复制开始地址为0x30004000的内存中，这是开启MMU后的虚拟地址0xB0004000对应的物理地址）。
