10、MMU使用实例：地址映射--继内存MMU管理--s3c2440

三、MMU使用实例：地址映射

       开启MMU，并初始化MMU，并将NAND Flash的初始4K处的虚拟地址0x00000000映射到物理地址0x00000000到处。以方便初始化代码运行。

      再将虚拟地址0xA0000000映射到物理地址0x56000000（GPBCON的开始地址），当操作0xA0000000时

效果等同于操作0x56000000。实例中通过其来操作LED。

      最后将虚拟地址0xB0000000-0xB3FFFFFF映射到物理地址0x30000000-0x33FFFFFF，即将物理地址0x30000000-0x33FFFFFF处的内存映射。在连接程序时，将二部分代码的运行地址指定为0xB0004000，即在内存

中运行。

      这 个程序只使用一级页表，以段的方式进行地址映射，32位CPU虚拟地址空间达到4G，一级页表使用4096个描述符来表示4G空间（每个描述符对应 1MB），每个描述符占4字节，所以一级页表占16KB。这个程序使用SDRAM的开始16KB存放一级页表，所以剩下的内存开始地址就为 0x30004000，这个地址最终会对应虚拟地址0xB0004000（所以代码运行地址为0xB0004000）。

         程序分为两部分：第一部分的实时地址和运行地址都为0，用来初始化SDRAM，然后复制第二部分的代码到SDRAM中（存放在虚拟地址0xB0004000处即物理地址 0x30004000处）、设置页表、启动MMU，最后跳到SDRAM中的地址0xB0004000处运行 led_on。

 

四、源代码分析

mem.lds//代码段分布

SECTIONS{
    first    0x00000000 : {start.o mmu.o}
    second 0xB0004000 : AT(2048){ led_on.o}
}

start.S

.equ MEM_CTL_BASE, 0X48000000
.equ SDRAM_BASE, 0x30000000

.text
.global _start
_start:
    bl disable_watch_dog
    bl memsetup
    bl copy_code_to_sdram
    ldr sp,=4096
    bl init_MMU_tlb
    bl mmu_init
    ldr sp,=0xB4000000
    ldr pc,=0xB0004000

halt_loop:
    b    halt_loop
      /*
      *turn off watchdog
      */
disable_watch_dog:
    mov    r1, #0x53000000
    mov    r2, #0x0
    str    r2, [r1]
    mov    pc, lr

copy_code_to_sdram:
    mov r1,#2048
    ldr r2,=SDRAM_BASE+0x4000
    mov r3,#4*1024

1:
    ldr r4,[r1],#4
    str r4,[r2],#4
    cmp r1,r3
    bne 1b
    mov pc,lr

memsetup:
    /* memory control configuration */
    /* make r0 relative the current location so that it */
    /* reads SMRDATA out of FLASH rather than memory ! */
    mov    r1,#MEM_CTL_BASE
    adr    r2,mem_cfg_val
    add    r3,r1,#52
1:
    ldr     r4, [r2], #4
    str     r4, [r1], #4
    cmp     r1, r3
    bne     1b
    mov    pc,lr

.align 4
        /* the literal pools origin */
mem_cfg_val:
    .long        0x22011110
    .long        0x00000700
    .long        0x00000700
    .long        0x00000700
    .long        0x00000700
    .long        0x00000700
    .long        0x00000700 @BANK5
    .long        0x00018005
    .long        0x00018005
    .long        0x00ac07a3 @REFRESH
    .long        0x000000B1
    .long        0x00000030
    .long        0x00000030

mmu.c

#define MEM_START        0x30000000
#define MEM_END          0x34000000
#define PAGE_SIZE        0x00100000 //页表 MVA[31:20] 1M

#define MMU_TBL_BASE ( unsigned long *) 0x30000000 //Level 1 page table start address, total 0x800 = 2^12

/*
 * 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 寄存器地址映射一般不要buffer */
#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)

/*
 *init MMU page table
 */
void init_MMU_tlb(void)
{
    unsigned long vm_addr,phy_addr;

    unsigned long *tb_base = MMU_TBL_BASE;

    /*the physical address of start code is 0 ,runing address of program also is 0. so virtual address is 0, if you also want to tun program in sdram. */

    vm_addr = 0;
    phy_addr = 0;
    *(tb_base+(vm_addr>>20)) = (phy_addr & 0xFFF00000) | MMU_SECDESC_WB;

    /* GPIO0x56000000 map into 0xA0000000. so you can operate 0xA00000000 as GPIO0x56000000 */
    vm_addr = 0xA0000000;
    phy_addr = 0x56000000;
    *(tb_base+(vm_addr>>20)) = (phy_addr & 0xFFF00000) | MMU_SECDESC;

    /* SDRAM map into 0xB0000000. so you can operate 0xB00000000 as SDRAM */
    vm_addr = 0xB0000000;

    for (phy_addr = MEM_START; phy_addr< MEM_END; phy_addr+=PAGE_SIZE)
    {
        *(tb_base+(vm_addr>>20)) = (phy_addr & 0xFFF00000) | MMU_SECDESC_WB;
        vm_addr +=PAGE_SIZE;
    }


}

/*
 * 启动MMU
 */
void mmu_init(void)
{
    unsigned long ttb = 0x30000000;//物理内存起始地址，页表存放在内存开始处共16K

__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... .CAM
     * 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... .CAM */
    "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) );
}

led_on.c

/*
 * 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))

#define GPGCON (*(volatile unsigned long *) 0xA0000060)
#define GPGDAT (*(volatile unsigned long *) 0xA0000064)
#define GPGUP (*(volatile unsigned long *) 0xA0000068)

#define GPX_up 0x00000000
#define GPG0_in ~(3<<(0*2))
#define GPG3_in ~(3<<(3*2))
#define GPG5_in ~(3<<(5*2))
#define GPG6_in ~(3<<(6*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, =0xB4004000”就是跳去执行main函数。
 */
static inline void wait(unsigned long dly)
{
    for(; dly > 0; dly--);
}

int main(void)
{
    unsigned long dwDat;

    // 将LED1-4对应的GPB5/6/7/8四个引脚设为输出

    GPBCON = GPB5_out|GPB6_out|GPB7_out|GPB8_out;

     GPGCON = (GPG0_in & GPG3_in & GPG5_in & GPG6_in);
     GPGUP     = GPX_up;

    while(1){

        dwDat=GPGDAT;


        if(dwDat & (1<<0))
            GPBDAT |=(1<<5);
        else
            GPBDAT &=~(1<<5);

        if(dwDat & (1<<3))
            GPBDAT |=(1<<6);
        else
            GPBDAT &=~(1<<6);

        if(dwDat & (1<<5))
            GPBDAT |=(1<<7);
        else
            GPBDAT &=~(1<<7);

        if(dwDat & (1<<6))
            GPBDAT |=(1<<8);
        else
            GPBDAT &=~(1<<8);


    }

    return 0;
}

Makefile

objs := start.o mmu.o led_on.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

 

以下为能直接运行的二进制文件，下载到Nand Flash 的 Black0 直接以Nand Flash运行.

 mmu.rar