MMU内容学习

一、MMU功能解析
1.1虚拟地址的使用
p1.c

#include <stdio.h>

int a = 1;

void main()
{

    while(1)
    {
        printf("&a = %p, a = %d\n", &a,a);
    }
    sleep(3);
}

输出：&a = 0x8049664, a = 1
p2.c

#include <stdio.h>

int b = 2;

void main()
{

    while(1)
    {
        printf("&b = %p, b = %d\n", &b,b);
    }
    sleep(3);
}

输出：&b = 0x8049664, b = 2

为什么a,b地址一样呢，明明值都不一样。
软件在使用物理地址时，需要通过mmu来实现管理。同样的用户空间，通过MMU后实际上对应了不同的物理地址。


1.2 MMU的作用
1、将虚拟地址转化为物理地址
2、访问权限管理

二、深入剖析内存转化
2.1 地址转化流程总体分析
ARM920T(核手册） ———> memory management unit
一级转换(Level one fetch)-->TTB(translation table base address)
二级转换(Level two fetch)-->Section、Corase page table、Fine page table

①地址转化类型
上图可以整理出ARM系统支持3种类型的地址转化：

1. 段式转化

2. 粗粒度页面转化

3. 细粒度页面转化

2.2 TTB配置

MMU要自动进行虚拟地址到物理地址的转化，首先要找到一级页表，而一级页表的基地址(TTB：translation table base)则是保存在CP15的C2寄存器中。因此，当程序员创建好相应的页表后，需要将页表基地址写入该寄存器。

2.3 段式转化分析
如果一级页表项中最后两位为’10’，接下的来转化过程将按照段方式来进行。

具体的转换方式：TTB的基地址保存在cp15中的c2寄存器中，VA(virtual address)的高12位作为TTB表中的偏移量，找到对应的一级页表。
一级页表后2位是'10'，知道这是一个段式转化。然后将TTB中所对应的段基地址，加上MVA中的Section index。就得到了PA(physical address)的地址。（个人理解）

2.4 细页转化分析
如果一级页表项中最后两位为’11’，接下的来转化过程将按照细页方式来进行。(见上面Figure3-4)
转换方式：前12位找到TTB偏移后的地址，找到的地址中存放的是PA的基地址。这里多了10位的二级表index,同样的找到二级表中的偏移量对应的地址。
三个表相加得到PA的地址。


三、MMU的配置与使用
1.任务分解
建立一级页表
写入TTB
打开MMU

#define GPBCON (volatile unsigned long*) 0xA0000010
#define GPBDAT (volatile unsigned long*) 0xA0000014
/*
 * 用于段描述符的一些宏定义
 */
#define MMU_DOMAIN (0<<5) /*属于哪个域*/
#define MMU_FULL_ACCESS (3<<10) /*访问权限*/
#define MMU_SPECIAL (1<<4) /*必须使1*/
#define MMU_CACHEABLE (1<<3) /*使能cache*/
#define MMU_BUFFERABLE (1<<2) /*使能buffer*/
#define MMU_SECTION (2<<0) /*段描述符*/

#define MMU_SECDESC (MMU_SECTION|MMU_SPECIAL|MMU_DOMAIN|MMU_FULL_ACCESS)
#define MMU_SECDESC_WB (MMU_SECTION|MMU_SPECIAL|MMU_DOMAIN|MMU_FULL_ACCESS|MMU_CACHEABLE|MMU_BUFFERABLE)

void create_page_table()
{
    //设置ttb的起始位置
    unsigned long *ttb = (unsigned long *)0x30000000;
    //定义虚拟地址、物理地址
    unsigned long vaddr, paddr;
    //定义虚拟地址起始地址、物理起始地址
    vaddr = 0xA0000000;
    paddr = 0x56000000;
    /* ttb加上虚拟地址高12位所指的地址就是PA的基地址位置，物理地址取前12位，依次设置后面的值（见AMR9核手册）
     * 然后我们就建立的从vaddr的地址对应于paddr
     */

    *(ttb + (vaddr>>20) ) = (paddr & 0xfff00000)|MMU_SECDESC;

    // 上面是对GPIO的映射，这里是对内存的映射
    vaddr = 0x30000000;
    paddr = 0x30000000;
    //循环了64M的内存空间
    while(vaddr < 0x34000000)
    {
        //建立内存映射表
        *(ttb + (vaddr>>20)) = (paddr & 0xfff00000)|MMU_SECDESC_WB;
        //加上1M，这个1M使手册中MVA[19:0]的大小
        vaddr += 0x100000;
        paddr += 0x100000;
    }
}

void mmu_init()
{
    __asm__(
    /*设置TTB*/
    "ldr r0, =0x30000000\n"                    这里获取TTB对应的起始物理地址
    "mcr p15, 0, r0, c2, c0, 0\n"              将这个地址写进p15的c2寄存器（在register2)
    /*不进行权限检查*/
    "mvn r0, #0 \n"                            设置r0为全1
    "mcr p15, 0, r0, c3, c0, 0\n"              将r0写入到c3(cp15中的r3)，全1就是仍何人都可读
    /*使能mmu*/
    "mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0\n"              读取c1中的值
    "orr r0, r0, #0x0001\n"
    "mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0\n"              设置开启mmu
    :
    :
    );
}

int gboot_main()
{
    //建立页表、写入ttb
    create_page_table();
    //使能mmu
    mmu_init();

    *(GPBCON) = 0x15400;
    *(GPBDAT) = 0x6bf;

    return 0;
}

扩展阅读：
http://blog.csdn.net/jianchi88/article/details/6988145