S3C2440之MMU操作(MDK4.22)

1.ARM CPU上的地址轉(zhuǎn)換過(guò)程涉及到了3個(gè)概念，虛擬地址VA，變換地址MVA，物理地址PA。當(dāng)沒(méi)有啟動(dòng)MMU的時(shí)候，CPU核，CACHE，MMU見(jiàn)到的都是PA。

啟動(dòng)MMU之后，CPU核對(duì)外發(fā)出VA，VA被轉(zhuǎn)換為MVA，供給CACHE和MMU使用，MMU再將MVA轉(zhuǎn)換為PA，最終找到真實(shí)的地址。

CPU看見(jiàn)的VA，CACHE和MMU看不見(jiàn)VA，看見(jiàn)的是MVA；設(shè)備只看到VA。

轉(zhuǎn)換算法：如果VA<32M，那么使用進(jìn)程PID來(lái)轉(zhuǎn)換，PID通過(guò)CP15的C13讀取。

if(VA<32M) then

MVA = VA | (PID << 25);

else

MVA = VA; //VA >= 32M

2.協(xié)處理器的cp15寄存器c2的31-14位存放一級(jí)頁(yè)表的地址，一級(jí)頁(yè)表有4096項(xiàng)，每項(xiàng)4字節(jié)，共16k，所以c2的0到13位不使用

若為段映射，只需要一級(jí)頁(yè)表，每段1M，4096*1M=4G空間；若為頁(yè)映射就需要二級(jí)頁(yè)表，目標(biāo)的物理頁(yè)有大頁(yè)，小頁(yè)，極小頁(yè)。

3.一級(jí)頁(yè)表的描述符和二級(jí)頁(yè)表描述符

注意到一級(jí)描述符是用來(lái)指引二級(jí)描述符的，除了段的直接指引到物理內(nèi)存，若使用二級(jí)頁(yè)表的話，那么二級(jí)頁(yè)表類型有粗頁(yè)表，細(xì)頁(yè)表兩種。

粗頁(yè)表256項(xiàng)，每項(xiàng)指引真是內(nèi)存為4K大小，本身占256*4=1k字節(jié)；細(xì)頁(yè)表1024項(xiàng)，每項(xiàng)指引1k大小，本身二級(jí)頁(yè)表占1024*4=4k字節(jié)。

所以注意到，若要對(duì)應(yīng)真實(shí)物理頁(yè)的大頁(yè)的話，怎么辦呢？利用粗頁(yè)的話，需要16個(gè)粗頁(yè)二級(jí)描述符；利用細(xì)頁(yè)的話，需要64個(gè)二級(jí)描述符。

4段的轉(zhuǎn)換舉例

5內(nèi)存訪問(wèn)權(quán)限問(wèn)題

注意到一級(jí)頁(yè)表中的描述符中有domain字段，4位，共16種情況

對(duì)應(yīng)的為cp15中的c3寄存器設(shè)置。

00無(wú)訪問(wèn)權(quán)限，任何訪問(wèn)都會(huì)導(dǎo)致domain fault異常

01客戶模式，使用段描述符，頁(yè)描述符進(jìn)行權(quán)限檢查

10保留

11管理模式，不進(jìn)行權(quán)限檢查，運(yùn)行任何訪問(wèn)

cp15中的c3 + domain + cp15寄存器c1中的R/S/A位 + 描述符AP共同決定訪問(wèn)權(quán)限

6TIB和Cache的作用

TLB是為了減輕頁(yè)表訪問(wèn)所帶來(lái)的訪問(wèn)內(nèi)存負(fù)擔(dān)，利用程序訪問(wèn)的局部性原理，選擇高速且容量較小的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)近期使用的頁(yè)表?xiàng)l目。

一般做法：在啟動(dòng)MMU之前使無(wú)效整個(gè)TLB；更改頁(yè)表表項(xiàng)的時(shí)候，使無(wú)效所涉及到的虛擬地址所對(duì)應(yīng)到的TLB條目。

Cache的作用，在主存和CPU通用寄存器之間設(shè)置一個(gè)高速，容量相對(duì)較小的存儲(chǔ)器。把正在執(zhí)行的指令的附近一部分?jǐn)?shù)據(jù)或者指令從主存調(diào)入這個(gè)

存儲(chǔ)器，供CPU在一段時(shí)間內(nèi)使用。Cache的（1）clean操作是將cache或writerbuffer已經(jīng)臟的數(shù)據(jù)寫(xiě)入主存（2）invalidate不將數(shù)據(jù)寫(xiě)入主存，使之不能

再使用而已。

cp15的寄存器1的12位Icr位開(kāi)啟Icaches；第2位寫(xiě)1開(kāi)啟Dcaches；Writterbuffer和Dcache緊密結(jié)合，沒(méi)有專門(mén)的控制為開(kāi)啟，停止它。

程序部分：

本程序?qū)?-1M映射為本身，將0xa0000000~0xa000fffff映射為0x56000000~0x560ffffff，將0xb0000000~0xb3ffffff映射為0x30000000~0x3fffffff

涉及到代碼文件有s3c2440.s文件，init.c文件，led.c文件，led.sct文件

s3c2440.s主要是調(diào)用一些初始化程序，init.c是初始化代碼，led.c只是利用新的虛擬地址尋找gpio，點(diǎn)亮led。

編譯器MDK4.22a

led.sct文件如下所示：

LR_ROM1 0x00000000 0x00200000 { ; load region size_region
NANDFLASH 0x00000000 0x00200000 { ; load address = execution address
*.o (initcode, +First)
.ANY (+RO)
}
}


LR_ROM2 2048 2048 {
SDRAM 0xb0004000 {
led.o (*)
}
}

存在多個(gè)加載域，會(huì)產(chǎn)生多個(gè)bin，可以參見(jiàn)的另一篇文章講到如何連接多個(gè)bin文件S3C2440開(kāi)發(fā)工具realview MDK4.22使用入門(mén)

init.c文件：

//creat page table
void create_page_table(void)
{
#define MMU_FULL_ACCESS(3<<10)
#define MMU_DOMAIN(0<<5)
#define MMU_SPECIAL(1<<4)
#define MMU_CACHEABLE(1<<3)
#define MMU_BUFFERABLE(1<<2)
#define MMU_SECTION(2<<0)
#define MMU_SECDESC(MMU_FULL_ACCESS | MMU_DOMAIN | MMU_SPECIAL |
MMU_SECTION)
#define MMU_SECDESC_WB(MMU_FULL_ACCESS | MMU_DOMAIN | MMU_SPECIAL |
MMU_SECTION | MMU_CACHEABLE | MMU_BUFFERABLE)
#define MMU_SECTION_SIZE0x00100000

ulong virtualaddr, physicaladdr;
ulong *mmu_tlb_base = (ulong*)0x30000000;

/*<1>0~1M map to 0~1M virtualaddr == physicaladdr*/
virtualaddr = 0;
physicaladdr = 0;


//mmu page table store at 0x30000000
//vritualaddr>>20 is index of mmu page table
*(mmu_tlb_base + (virtualaddr>>20)) = (physicaladdr&0xfff00000) | MMU_SECDESC_WB;

/*<2>0xa0000000~0xa000fffff map to 0x56000000~0x560fffff*/
virtualaddr = 0xa0000000;
physicaladdr = 0x56000000;
*(mmu_tlb_base + (virtualaddr>>20)) = (physicaladdr&0xfff00000) | MMU_SECDESC;


/*<3>0xb0000000~0xb3ffffff map to 0x30000000~0x33fffffff total=64m totaldescs=64*/
virtualaddr = 0xb0000000;
physicaladdr = 0x30000000;

while(virtualaddr < (ulong)0xb4000000)
{
*(mmu_tlb_base + (virtualaddr>>20)) = (physicaladdr&0xfff00000) | MMU_SECDESC_WB;
virtualaddr += MMU_SECTION_SIZE;
physicaladdr += MMU_SECTION_SIZE;
}
}




//init MMU
void mmu_init(void)
{
ulong ttb = 0x30000000;

__asm{
mov r0,#0
mcr p15,0,r0,c7,c7,0 //invalidate Icache Dcache

mcrp15,0,r0,c7,c10,4//drain writer buffer
mcr p15,0,r0,c8,c7,0 //invalidate TLB

mov r4,ttb
mcr p15,0,r4,c2,c0,0 //set page table base-addr

mvn r0,#0 //invert all bits:0x0000000->0xffffffff
mcr p15,0,r0,c3,c0,0 //set domain(all is 0b11)


mrc p15,0,r0,c1,c0,0 //read control register

bic r0,r0,#0x3000
bic r0,r0,#0x0300
bic r0,r0,#0x0087

orr r0,r0,#0x0002
orr r0,r0,#0x0004
orr r0,r0,#0x1000
orr r0,r0,#0x0001

mcr p15,0,r0,c1,c0,0

};
}