看uboot汇编,一看到MMU就头大。总算下狠心把MMU初始化搞的大致明白了
MMU初始化重要的有2个,TLB和LAW
通过TLB,把EA(Effective address)转换为RA(Real Address)
通过LAW,根据EA选择合适的controller,最终把RA(Real Address)放到地址总线上去
下面以MPC8560来举例
-------------------------- 格机格机格机格机格机格机 ------------------------------
Effective Address --> Virtual Address --> Real Address --> Bus Addess
EA 有效地址 VA 虚拟地址 RA 物理地址 总线地址
32 bit 41 bit 32 bit 取决于地址总线位宽
下面是一张图,讲述了TLB把EA转换为RA的过程
第一步:根据 EA有效地址产生 VA虚拟地址。虚拟地址为 41位,构成如下:
bit[0], AS,地址空间域
0 是和中断处理及系统级的代码和数据关联
1 是应用程序的代码和数据
用户模式的程序运行时,一般 MSR[IS,DS]为 1,只允许访问应用程序的代码及数据地址空间。
进入中断时,MSR[IS,DS]自带清 0,因此可以利用系统级的 TLB(TS=0)来访问中断处理相关的代码。
bit[1-8],PID,进程标识符
由 PID寄存器提供,多数操作系统都未实现,默认 0
bit[9-40] 即原来的 EA地址 (页表号+页内offset,)
第二步:根据虚拟地址匹配TLB,匹配过程如下:
V域为 1,当前 TLB项有效;
MSR[IS,DS]和 TLB表项的 TS域一致;
TID一致或者 TLB表达 TID为 0,全局共享;
由表项的SIZE域根据公式 n = 32–log2 (page size in bytes)计算虚拟地址中 EPN的值,然后和TLB的 EPN域进行匹配且匹配成功。
第三步,根据TLB生成 RA
TLB匹配成功后,将提取 TLB表的 RPN和 ERPN域,构成 RA物理实际地址的页编号部分,而页内偏移由 EA的低地址部分提供,相关构成如下:
RA = ERPN0:3 || RPN0:n–1 || EAn:31
第四步,匹配LAW,生成总线地址
用EA来检索LAW entry,下面是一个LAW的例子
比如命中了 PCI law entry,就会通过PCI的相关地址转换寄存器生成bus address总线地址,
然后送到PCI总线上
-------------------------- 格机格机格机格机格机格机 ------------------------------
EA(有效地址) ---> RA(物理地址)
由CPU的MMU来完成的,有些CPU core在uboot下是关闭MMU的,所以uboot中使用的 EA==RA
RA(物理地址) ---> EA(有效地址)
在linux操作系统中,此中转换是通过ioremap()来完成的
-------------------------- 格机格机格机格机格机格机 ------------------------------
ppc e500 的 MMU 是无法关闭的。
所以在uboot中需要对其做初始化,基本原理是用一些静态数组的值来初始化 TLB 和 LAW 的 entry
######################## 文件 /uboot/cpu/mpc8560/start.S #################
226 /* Invalidate MMU L1/L2 */
227 li r2, 0x001e
228 mtspr MMUCSR0, r2
229 isync
230
232 / * Invalidate all TLB0 entries. 禁用所有TLB0的entry,只有4个 */
234 li r3,4
235 li r4,0
236 tlbivax r4,r3
241
253 bl tlb1_entry /* 注意,tlb1_entry 这个section可以看做一个数组,来描述TLB0和TLB1 */
254 mr r5,r0 /* 注意,r0 里存的是第68行的 EA, 此EA里保存的是TLB entry数组大小 */
255 li r1,0x0020 /* max 16 TLB1 plus some TLB0 entries */
256 mtctr r1
257 lwzu r4,0(r5) /* 从(r5中存的)EA中load值到r4中,现在r4里面存的是TLB entry 的个数*/
258
259 0: cmpwi r4,0 /* 循环初始化TLB entry了,每初始化一个,r4就减1,r4为0时跳转到第276行*/
260 beq 1f
261 lwzu r0,4(r5) /* r5 在不断的增加4,即EA在不断的增加4,即在遍历TLB entry 数组 */
262 lwzu r1,4(r5)
263 lwzu r2,4(r5)
264 lwzu r3,4(r5)
265 mtspr MAS0,r0 /* 用从TLB entry 数组来初始化 TLB */
266 mtspr MAS1,r1
267 mtspr MAS2,r2
268 mtspr MAS3,r3
269 isync
270 msync
271 tlbwe
272 isync
273 addi r4,r4,-1
274 bdnz 0b
275
276 1:
/***** 省略 ****/
299 /* set up local access windows, defined at board//init.S */
300 lis r7,CFG_CCSRBAR@h
301 ori r7,r7,CFG_CCSRBAR@l
302
303 bl law_entry /* 注意,law_entry 这个section可以看做一个数组,来描述LAW */
304 mr r6,r0 /* 注意,r0 里存的是第321行的 EA, 此EA里保存的是LAW entry数组大小*/
305
306 li r1,0x0009 /* 10 LAWs for MPC8548. */
307 mtctr r1
308 lwzu r5,0(r6) /* 从(r6中存的)EA中load值到r5中,现在r5里面存的是TLB entry 的个数*/
309
310 li r2,0x0c28 /* the first pair is reserved for boot-over-rio-or-pci */
311 li r1,0x0c30
312
313 0: cmpwi r5,0 /* 循环初始化LAW entry,每初始化一个,r5减1,r5为0时跳转到第325行 */
314 beq 1f
315 lwzu r4,4(r6) /* 从(r6中存的)EA中load值, r6也跟着不断增加,即遍历LAW数组 r6 <-- r6+4 r4 <-- *(r6) */
316 lwzu r3,4(r6)
317 stwx r4,r7,r2 /* 写LAWBAR寄存器 *(r7+r2) <-- r4 */
318 stwx r3,r7,r1
319 addi r5,r5,-1
320 addi r2,r2,0x0020 /* LAWBAR[0-7]寄存器的偏移量是0x0020 r2 <-- r2 + 0x0020 */
321 addi r1,r1,0x0020
322 bdnz 0b
323
324 /* Jump out the last 4K page and continue to 'normal' start */
325 1: bl 3f
326 b _start
327
328 3: li r0,0
329 mtspr SRR1,r0 /* Keep things disabled for now */
330 mflr r1
331 mtspr SRR0,r1
332 rfi
############### 文件 board/pq37pc/pq37pc_8560/init.S ########################
49
50 #define entry_start \
51 mflr r1 ; \ /* LR的值(即bl tlb1_entry 的下一条指令的EA)保存到 r1 中(见上面第254行) */
52 bl 0f ; /* 直接跳到0处执行代码,起始就是符号entry_end处(见下面第55行) */
53
54 #define entry_end \
55 0: mflr r0 ; \ /* 把LR的值(即bl 0f的下一条指令的EA) 存到 r0 中 (见下面第68行) */
56 mtlr r1 ; \ /* 把r1的值放到LR中(是bl tlb1_entry的下一条指令的EA)
57 blr ; /* 跳转到LR处,即执行 bl tlb1_entry的下一条指令 (即第254行的地址) */
58
59
60 .section .bootpg, "ax"
61 .globl tlb1_entry
62 tlb1_entry:
63 entry_start
64
65 /*
66 * Number of TLB0 and TLB1 entries in the following table
67 */
68 .long 21
69
70 #if (CFG_CCSRBAR_DEFAULT != CFG_CCSRBAR)
78 .long TLB1_MAS0(0, 0, 0)
79 .long TLB1_MAS1(1, 0, 0, 0, 0)
80 .long TLB1_MAS2(E500_TLB_EPN(CFG_CCSRBAR_DEFAULT), 0,0,0,0,1,0,1,0)
81 .long TLB1_MAS3(E500_TLB_RPN(CFG_CCSRBAR_DEFAULT), 0,0,0,0,0,1,0,1,0,1)
82 #else
83 #error("Update the number of table entries in tlb1_entry")
84 #endif
85
/******** 省略其他的TLB配置(Data Cache,DDR、LocalBus等) *********/
275
276 entry_end
295
296 #define LAWBAR0 ((CFG_DDR_SDRAM_BASE>>12) & 0xfffff)
297 #define LAWAR0 (LAWAR_EN | LAWAR_TRGT_IF_DDR | (LAWAR_SIZE & LAWAR_SIZE_2G))
298
302 #define LAWBAR3 ((CFG_RIO_MEM_BASE>>12) & 0xfffff)
303 #define LAWAR3 (LAWAR_EN | LAWAR_TRGT_IF_LBC | (LAWAR_SIZE & LAWAR_SIZE_256M))
304
308 #define LAWBAR4 ((CFG_LBC_BASE_1>>12) & 0xfffff)
309 #define LAWAR4 (LAWAR_EN | LAWAR_TRGT_IF_PCI | (LAWAR_SIZE & LAWAR_SIZE_512M))
310
313 #define LAWBAR5 ((CFG_LBC_BASE_3>>12) & 0xfffff)
314 #define LAWAR5 (LAWAR_EN | LAWAR_TRGT_IF_LBC | (LAWAR_SIZE & LAWAR_SIZE_256M))
315
317 .section .bootpg, "ax"
318 .globl law_entry
319 law_entry:
320 entry_start
321 .long 0x04
322 .long LAWBAR0,LAWAR0
323 .long LAWBAR3,LAWAR3
324 .long LAWBAR4,LAWAR4
325 .long LAWBAR5,LAWAR5
326 entry_end
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