PowerPC的MMU初始化

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