S3C2440存儲控制器和MMU淺析

如果大家寫過S3C2440的ARM裸機程序都應該知道通常SDRAM的起始地址是0X30000000，但是大家有沒有想過為什么呢？下面我將給大家做一個簡要的介紹。

查S3C2440的手冊可知S3C2440可尋址1G的地址范圍，但是S3C2440的地址線只有27根，理論上只能尋址2的27次方等于128M的地址范圍。于是S3C2440通過一個叫BANK的東東解決了這個問題。S3C2440引出了8根BANK線（對應nGCS0~ nGCS7）,通過這個8根線來選通和關閉不同的存儲器，這樣S3C2440最多就可以連接8個128M的存儲器，只要在某一時刻只選通一個BANK就可以實現(xiàn)1G的尋址空間每個BANK有個地址，對該BANK地址的訪問實際上就是選通該BANK，于是ARM核只要發(fā)出一個地址，然后S3C2440的儲存控制器只要把該地址解釋成兩部分：一部分是BANK地址一部分是連接到該BANK存儲器內(nèi)部的地址就可以訪問了。

而作為32位的CPU，可以使用的地址范圍理論上可以達到2的32次方等于4G，除去上述的1G地址空間，還有一部分是CPU內(nèi)部寄存器的地址，剩下的地址空間沒有使用。

下面我們來看到S3C2440存儲器的地址空間分布圖

左邊的是表示CPU從NOR FLASH啟動時的地址空間圖，右邊是CPU從NAND FLASH啟動時的地址空間圖。從圖中可以看出SDRAM接在BANK6上面，地址為0X30000000，這就解釋了開始最開始的那個問題。問題又來了為什么CPU從NAND和NOR啟動時地址空間不同？這是因為NOR是線性結(jié)構(gòu)，跟普通的內(nèi)存差不多，它接在BANK0上。而NAND則是另外一種結(jié)構(gòu)，S3C2440有專用的NAND控制器和地址線來連接，它不能接在BANK0上。CPU啟動時必定從0地址開始執(zhí)行程序，而從NAND啟動時，0地址沒有存儲器，那CPU怎么辦呢？于是就出現(xiàn)了一種叫“起步石”（stepping stone）的東東,它是S3C2440內(nèi)部的一塊4K的存儲器，當從NAND啟動時，0地址線會連接到起步石上面，同時CPU會通過內(nèi)部的硬件將NAND FLASH開始的4K數(shù)據(jù)復制到起步石里面。起步石里面的程序一般設計為對SDRAM進行初始化，然后將NAND里面的部分程序復制到SDARM，然后跳到SDRAM開始執(zhí)行程序。所以當做U-BOOT移植使其支持從NAND的啟動時，需要對NAND的前4K程序做處理。

下面我們再來看看S3C440存儲控制器一般所接外設的訪問地址和部分寄存器的訪問地址

二、S3C2440MMU

1.MMU的作用

我們再第一部分討論的全部都是物理地址，注意不要與這部分要將的虛擬地址給混淆起來。

內(nèi)存管理單元（Memory ManagerUnit）簡稱MMU。它負責將虛擬地址轉(zhuǎn)換成物理地址，然后傳給上部分介紹的存儲管理器進行尋址。

現(xiàn)代的多用戶多進程操作系統(tǒng)通過MMU使各個用戶進程都有自己的獨立的地址空間：地址映射功能功能使的個進程擁有“看起來”一樣的地址空間，而內(nèi)存訪問權(quán)限的檢查可以保護每個進程所用的內(nèi)存不會被其他進程破壞。

我來打個蹩腳的例子。甲同學（進程甲）去一個圖書管理員那兒去借名為“內(nèi)存”的一本書，說他7點鐘要用。圖書管理員給甲同學一個牌子上面寫著哪個層樓房哪個房間有這本書，不過這塊牌子只能7點鐘去取書，且只能借三個小時（權(quán)限）,而乙同學同樣要借這本書不過是12點，圖書館同樣給乙同學一塊牌子，不同的時這塊牌子只能12點鐘去取書也只能借三個小時。結(jié)果是甲乙同學都借到了這本書，他們都感覺擁有了這本書，在他們擁有這本書的期間不會被其他同學打擾。實際上這里的同學就代表進程，圖書管理員代表是內(nèi)核，牌子代表的是虛擬地址，書代表實際的內(nèi)存，而MMU完成的工作就是拿到同學的牌子幫同學找到書的過程。

虛擬地址最終要轉(zhuǎn)成物理地址才能讀寫實際的數(shù)據(jù)，這通過將虛擬地址空間、物理地址空間劃分為一個同樣大小的一塊塊小空間，然后為著兩類小空間建立映射空間，有可能多塊虛擬地址映射到同一塊物理地址空間，或者有些虛擬地址空間映射具體物理地址空間上去。啟動MMU后，CPU對外發(fā)出虛擬地址，然后MMU將虛擬地址轉(zhuǎn)成物理地址再進行訪問。

2.虛擬地址空間到物理空間的轉(zhuǎn)換過程

在ARM CPU中使用頁表的方式進行轉(zhuǎn)換。linux內(nèi)核一般使用兩級頁表的方式。頁表是個什么東東，他就像我們的書上的目錄，有主目錄，次目錄。當我們要找一個知識點的時候先找到主目錄，然后再找到次目錄再找到相應的知識點。每一個進程都會在內(nèi)存里面創(chuàng)建一個目錄，目錄的存放地址保存起來。當需要訪問目錄時，就會將目錄放到CPU的一個專用寄存器里面，然后MMU讀取這個寄存器里面的值就會幫我們找到我們要訪問的物理地址。

頁表是怎樣建立的呢？

實際上它就是在內(nèi)存的一個地址內(nèi)存放了第一級目錄的內(nèi)存地址，然后在第一個級的目錄的內(nèi)存內(nèi)又存放了實際的物理地址。