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關(guān)于ARM9的MMU重要理解

作者： 時(shí)間：2016-11-28 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò) 收藏
MMU給我感覺是個(gè)很復(fù)雜的東西，網(wǎng)上看了一些資料，勉強(qiáng)知道了一些表面的東西。它有兩個(gè)作用：1、把虛擬地址映射到物理地址；2、對(duì)內(nèi)存訪問(wèn)提供控制機(jī)制。

原文地址：

本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/201611/322696.htm

http://blog.chinaunix.net/u1/58780/showart_468065.html

在ARM中，MMU另外提供了一張映射表（MVA），用于程序虛擬地址（VA）到物理地址（PA）的映射。MVA稱為變換后的VA。在程序運(yùn)行時(shí)，CPU只看到VA，而MMU和cache們只看到PA和MVA。應(yīng)該說(shuō)，在進(jìn)程運(yùn)行切換過(guò)程中，映射關(guān)系是動(dòng)態(tài)變化的，因?yàn)椴煌M(jìn)程和內(nèi)存之間需要不同的映射關(guān)系，就需要不斷的重做映射表，這個(gè)代價(jià)是很大的。所以，有必要讓映射表中需要更新的內(nèi)容很少，以減少性能開支，這就出現(xiàn)了“變換后的”VA，即MVA，如果VA<32M，需要使用進(jìn)程標(biāo)識(shí)號(hào)PID(通過(guò)讀CP15的C13獲得)來(lái)轉(zhuǎn)換為MVA。

VA與MVA的轉(zhuǎn)換方法如下(這是硬件自動(dòng)完成的)：

if(VA<32M)
MVA=VA|(PID<<25);//VA<32M，即PID*0x02000000作為該進(jìn)程起始地址
else
MVA=VA;//VA>=32M

如：假設(shè)兩個(gè)進(jìn)程1、2運(yùn)行時(shí)的VA都是0-32M，則他們的MVA分別是0x02000000-0x03ffffff、0x04000000-0x05ffffff，這樣進(jìn)程切換就省事多了，不必進(jìn)行重建頁(yè)表等工作。

但 是，這同時(shí)帶來(lái)了中斷跳轉(zhuǎn)的問(wèn)題。當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，需要跳到0x0位置的異常向量表，這個(gè)0x0應(yīng)該是VA，且小于32M，如果開啟了MMU，就會(huì)被轉(zhuǎn)換為 MVA，而不同的PID產(chǎn)生不同的MVA，這就導(dǎo)致異常向量表的地址不統(tǒng)一了。所以，Linux采取了將0x0位置的向量表映射到高地址 0xffff0000處，就沒有上述的問(wèn)題了，看了半天原來(lái)是這么回事。。。

因?yàn)?，?2位的CPU系統(tǒng)上，虛擬地址空間為2^32 = 4G
而VA和MVA的轉(zhuǎn)換公式為：
if(VA < 32M) then
MVA = VA | PID << 25;
else
MVA = VA;
這樣，只要每個(gè)進(jìn)程的VA都在32M之內(nèi)，就可以保證每個(gè)進(jìn)程的MVA不會(huì)發(fā)生重疊。
2^25 = 32M。另外，可以計(jì)算出進(jìn)程最多為2^(32-25) = 128個(gè)
如果說(shuō)這個(gè)是規(guī)定來(lái)的，你信不信？呵呵如果是64M的話，那么公式就要改成MVA = VA | PID << 26;
那么PID就只有6位了，linux操作系統(tǒng)能夠支持的進(jìn)程最多只有2^6=64個(gè)了，這樣不劃算
B指令的的機(jī)器代碼結(jié)構(gòu)為
31 2827 26 25 24 230
cond101Lsigned_imed
若L為0則為直接跳轉(zhuǎn)B，若L為1則為連接跳轉(zhuǎn)BL，signed_imed為24位有符號(hào)立即數(shù)，這個(gè)值為跳轉(zhuǎn)的偏移量。
24位有符號(hào)數(shù)值的范圍是-8M ~ +8M，而指令中偏移量為1時(shí)代表從當(dāng)前PC開始向下跳1個(gè)字，即偏移量的單位為4個(gè)字節(jié)
因此，B指令向前和向后尋址的最大范圍為32M
你可以試下如下代碼：
BNEXT
NEXT
NOP
NOP
看一下那條跳轉(zhuǎn)指令它的機(jī)器代碼，最低24位立即數(shù)的值應(yīng)該是-1
跟字對(duì)齊有點(diǎn)關(guān)系，因?yàn)锳RM指令集的指令都是四字節(jié)的，所以偏移量的單位是4個(gè)字節(jié)。
如果當(dāng)前跳轉(zhuǎn)的偏移量為-1，那么PC會(huì)向前跳4個(gè)字節(jié)，如果偏移量為-8M，那么PC會(huì)向前跳-32M個(gè)字節(jié)

恩，最低24位是0xffffff，偏移量就是 -1
BNEXT
NOP
NOP
NEXT
NOP
B跳轉(zhuǎn)是針對(duì)當(dāng)前PC來(lái)計(jì)算的，而當(dāng)前PC值等于當(dāng)前正在執(zhí)行指令的下下一條指令的地址值
向下跳，偏移量為正數(shù)，向上跳，偏移量為負(fù)數(shù)。這個(gè)上下方向是針對(duì)程序執(zhí)行的方向來(lái)說(shuō)的。

恩，是這樣的

關(guān)鍵詞： ARM9MM

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