下面分析paging_init()函数的代码。
在paging_init中分配起始页(即第0页)地址:
zero_page = 0xCXXXXXXX
memtable_init(mi); 如果当前微处理器带有MMU,则为系统内存创建页表;如果当前微处理器不支持MMU,比如ARM7TDMI上移植uCLinux操作系统时,则不需要此类步骤。可以通过如下一个宏定义实现灵活控制,对于带有MMU的微处理器而言,memtable_init(mi)是paging_init()中最重要的函数。
#ifndef CONFIG_UCLINUX
/* initialise the page tables. */
memtable_init(mi);
……(此处省略若干代码)
free_area_init_node(node, pgdat, 0, zone_size,
bdata->node_boot_start, zhole_size);
}
#else /* 针对不带MMU微处理器 */
{
/*****************************************************/
定义物理内存区域管理
/*****************************************************/
unsigned long zone_size[MAX_NR_ZONES] = {0,0,0};
zone_size[ZONE_DMA] = 0;
zone_size[ZONE_NORMAL] = (END_MEM - PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT;
free_area_init_node(0, NULL, NULL, zone_size, PAGE_OFFSET, NULL);
}
#endif
uCLinux与其它嵌入式Linux最大的区别就是MMU管理这一块,从上面代码就明显可以看到这点区别。下面继续讨论针对带MMU的微处理器的内存管理。
void __init memtable_init(struct meminfo *mi)
{
struct map_desc *init_maps, *p, *q;
unsigned long address = 0;
int i;
init_maps = p = alloc_bootmem_low_pages(PAGE_SIZE);
/*******************************************************/
其中map_desc定义为:
struct map_desc {
unsigned long virtual;
unsigned long physical;
unsigned long length;
int domain:4, // 页表的domain
prot_read:1, // 读保护标志
prot_write:1, // 写保护标志
cacheable:1, // 是否使用cache
bufferable:1, // 是否使用write buffer
last:1; //空
};init_maps /* map_desc是区段及其属性的定义 */
下面代码对meminfo的区段进行遍历,在嵌入式系统中列举所有可映射的内存,例如32M SDRAM, 4M FLASH等,用meminfo记录这些内存区段。同时填写init_maps 中的各项内容。meminfo结构如下:
struct meminfo {
int nr_banks;
unsigned long end;
struct {
unsigned long start;
unsigned long size;
int node;
} bank[NR_BANKS];
};
/********************************************************/
for (i = 0; i < mi->nr_banks; i++)
{
if (mi->bank.size == 0)
continue;
p->physical = mi->bank.start;
p->virtual = __phys_to_virt(p->physical);
p->length = mi->bank.size;
p->domain = DOMAIN_KERNEL;
p->prot_read = 0;
p->prot_write = 1;
p->cacheable = 1; //使用Cache
p->bufferable = 1; //使用write buffer
p ++; //下一个区段
}
/* 如果系统存在FLASH,执行以下代码 */
#ifdef FLUSH_BASE
p->physical = FLUSH_BASE_PHYS;
p->virtual = FLUSH_BASE;
p->length = PGDIR_SIZE;
p->domain = DOMAIN_KERNEL;
p->prot_read = 1;
p->prot_write = 0;
p->cacheable = 1;
p->bufferable = 1;
p ++;
#endif
/***********************************************************/
接下来的代码是逐个区段建立页表
/***********************************************************/
q = init_maps;
do {
if (address < q->virtual || q == p) {
/*******************************************************************************/
由于内核空间是从某个地址开始,如0xC0000000,所以0xC000 0000 以前的页表项全部清空
clear_mapping在mm-armv.c中定义,其中clear_mapping()是个宏,根据处理器的不同,可以被展开为如下代码
cpu_XXX_set_pmd(((pmd_t *)(((&init_mm )->pgd+ (( virt) >> 20 )))),((pmd_t){( 0 )}));
其中init_mm为内核的mm_struct,pgd指向 swapper_pg_dir,在arch/arm/kernel/init_task.c中定义。cpu_XXX_set_pmd定义在 proc_armXXX.S文件中,参见ENTRY(cpu_XXX_set_pmd) 处代码。
/*********************************************************************************/
clear_mapping(address);
/* 每个表项增加1M */
address += PGDIR_SIZE;
} else {
/* 构建内存页表 */
create_mapping(q);
address = q->virtual + q->length;
address = (address + PGDIR_SIZE - 1) & PGDIR_MASK;
q ++;
}
} while (address != 0);
/ * create_mapping函数也在mm-armv.c中定义 */
static void __init create_mapping(struct map_desc *md)
{
unsigned long virt, length;
int prot_sect, prot_pte;
long off;
/*******************************************************************************/
大部分应用中均采用1级section模式的地址映射,一个section的大小为1M,也就是说从逻辑地址到物理地址的转变是这样的一个过程:
一个32位的地址,高12位决定了该地址在页表中的index,这个index的内容决定了该逻辑section对应的物理section;低20位决定了该地址在section中的偏移(index)。例如:从0x0~0xFFFFFFFF的地址空间总共可以分成0x1000(4K)个 section(每个section大小为1M),页表中每项的大小为32个bit,因此页表的大小为0x4000(16K)。
每个页表项的内容如下:
bit: 31 20 19 12 11 10 9 8 5 4 3 2 1 0
content: Section对应的物理地址 NULL AP 0 Domain 1 C B 1 0
最低两位(10)是section分页的标识。
AP:Access Permission,区分只读、读写、SVC&其它模式。
Domain:每个section都属于某个Domain,每个Domain的属性由寄存器控制。一般都只要包含两个Domain,一个可访问地址空间; 另一个不可访问地址空间。
C、B:这两位决定了该section的cache&write buffer属性,这与该段的用途(RO or RW)有密切关系。不同的用途要做不同的设置。
C B 具体含义
0 0 无cache,无写缓冲,任何对memory的读写都反映到总线上。对 memory 的操作过程中CPU需要等待。
0 1 无cache,有写缓冲,读操作直接反映到总线上。写操作CPU将数据写入到写缓冲后继续运行,由写缓冲进行写回操作。
1 0 有cache,写通模式,读操作首先考虑cache hit;写操作时直接将数据写入写缓冲,如果同时出现cache hit,那么也更新cache。
1 1 有cache,写回模式,读操作首先考虑cache hit;写操作也首先考虑cache hit。
由于ARM中section表项的权限位和page表项的位置不同, 以下代码根据struct map_desc 中的保护标志,分别计算页表项中的AP, Domain和CB标志位。
/*******************************************************************************/
prot_pte = L_PTE_PRESENT | L_PTE_YOUNG | L_PTE_DIRTY |
(md->prot_read ? L_PTE_USER : 0) |
(md->prot_write ? L_PTE_WRITE : 0) |
(md->cacheable ? L_PTE_CACHEABLE : 0) |
(md->bufferable ? L_PTE_BUFFERABLE : 0);
prot_sect = PMD_TYPE_SECT | PMD_DOMAIN(md->domain) |
(md->prot_read ? PMD_SECT_AP_READ : 0) |
(md->prot_write ? PMD_SECT_AP_WRITE : 0) |
(md->cacheable ? PMD_SECT_CACHEABLE : 0) |
(md->bufferable ? PMD_SECT_BUFFERABLE : 0);
/********************************************************************/
设置虚拟地址,偏移地址和内存length
/********************************************************************/
virt = md->virtual;
off = md->physical - virt;
length = md->length;
[ 本帖最后由 jufeng2309 于 2007-3-25 15:10 编辑 ]
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