简单的MMU查找原理理解

MMU的原理其实不难，不过确实有点玄，所以估计很多人会看的一头雾水吧。其实定心来分析这些东西的原理，容易找到规律。

先从最简单的一级页表的段描述符开始分析，

段描述符的是描述 1M 地址块的，颗粒比较大。ARM可以访问4G空间，那么很容易计算出，我们需要 4096*1M = 4G 个地址块，也就需要 4096个1级描述符的原因了，每个描述符占4个字节，也就是我们需要 4*4096 = 16K 字节的额外内存空间来保存这个页表。刚好对应着这页表的地址必须是 16K 对齐的。也就是 bit0~bit13必须为0。

 

这页表就相当于一本书的目录，例如我需要找一本书里面的一个章节，那么正常的思维应该是：现找到这本书的目录所在，假如第4页是目录开始，有2页纸都是这书的目录，那么我们从第四页开始找我们需要的章节的地址，例如我们第十二章在504页，OK，那么很自然的我们翻开 504页，那么我们需要查找 12章的最终目的达到了。

 

其实，说白了，这MMU的本质跟这个是一模一样。我们来对比一下。

CPU发出指令要求访问某个地址，就好像我们要找第十二章书。CPU发出了指令了，后面就不管了，那么我们的角色就在扮演着MMU的查找任务。

VA先转换为MVA，这个才是MMU认识的虚拟地址。也就是MMU的任务就是找出这个虚拟地址对应的物理地址。

跟查书一样，我们需要知道目录的地址，MMU也一样，先从P15协处理器的C2那里，读出先前保存好的页表地址，根据这个地址找到页表，就好像我们根据地址找到书的目录。

然后第二步就是根据目录找第12章的地址，MMU在页表那里，配合MVA的地址，查找出地址对应的地址块属于4096个页表项里面的哪一个。这个页表项里面保存着真正的物理地址，那么就好像我们在目录里面找到第十二章，那里写这章书的具体的地址，最后一步，很简单，我们翻开这个地址就能找到内容，MMU的话是将这个物理地址送到系统总线，那么具体的数据就能出现在数据总线上面，那么CPU就知道这个地址的具体内容。

这就是基本原理。

 

下面分析一下一些细节方面的问题，还有一些本质问题。

1，  页表的基地址寄存器，也就是P15的C2必须是16K对齐的，前面也说了，至于为啥一定要16K对齐？这个貌似有点难理解了，但是有个很巧合的情况就是，这个页表的总大小就是16K！！

2，  反正根据C2找到具体的页表入口地址就是了。既然知道入口地址，又知道里面一共有4096个项目，那么很自然的可以想到该怎么样去处理了。而这低14位应该对应着4096个项目，也就是4096个1MB的地址块共4G地址。但是2^12 就能表示4096了。这里刚好每个描述符占4个字节，也就是要求4字节对齐的，这样合起来一共就占用了14位，其中最低两位为0，这样就得出一个完整的索引地址了。

3，  从查出来的页表描述符的 bit20~31就是我们需要的物理地址了。然后和MVA的bit0~19结合，刚好就得到一个完整的物理地址。

4，  可以看出，总体的思想就是映射1MB的块，然后其他就根据索引就OK。

 

所以做页表描述符的步骤：

1，  确定页表的基地址，注意必须是16K对齐的，并且将这个地址送到P15的C2寄存器。

2，  做4096个页表项，可以和实际地址一一对应，也可以按照自己的意愿修改映射地址。

3，  MMU_TABLE + VA >>20 实际上就是在页表里面所以一个1M的块，块的内容就是实际的物理地址加上访问属性。PA&0XFFF00000 | PARAM，最后就是将这个内容送到刚才所以出来的地址，这样就生成一个页表项，用同样的办法，一共做4096的项就完成了。

 

到此，终于形象的理解了最简单的MMU功能，也就是基于段表的MMU，颗粒大。至于二级页表等，原理差不多，只是更加复杂了，linux内核已经做好了这部分的代码，所以我们不需要关心这方面的内容。