S3C2440的MMU

　　MMU：memory management unit 存儲管理單元。主要的做用有2個：權限管理 和 地址映射。

1、功能

　　（1） 權限管理

　　簡單說就是，進程之間不能訪問對方的地址空間，如強制訪問則報錯，程序崩潰但不會影響到其它進程。出現的提示是「訪問非法地址0xxxxxx」。

　　（2）地址映射

　　即完成虛擬地址到物理地址的轉換工做。

2、MMU的地址映射原理

　　首先，觀察一個CPU<--->MMU<--->存儲管理器<--->外接存儲器（以SDRAM爲例）框圖。

 　　

　　鏈接1處，即CPU發出的地址。站在CPU角度分析，不會區分虛擬地址和物理地址。若是MMU沒有使能的話，那麼CPU發出的地址就直接到達存儲管理器，是物理地址。而若是MMU使能的狀況，CPU發出地址爲虛擬地址，通過MMU轉換爲物理地址。並送到存儲管理器。

　　鏈接2處，即MMU轉換完成（若是MMU使能）的物理地址，或者存儲管理器接收的物理地址。所以，存儲管理器操做的都是物理地址。

　　鏈接3處，即通過操做選擇不一樣的Bank經過器件的選通功能完成的。

3、MMU的地址轉換過程

　　注意本文講解的都是基於裸跑純硬件的，並無複雜操做系統（如Linux）的支持，網上搜到的不少博客都是對有操做系統的討論。

     MIPS架構中很是簡單，其MMU對轉換過程知足下述公式：虛擬地址 ＝ 0xA000 0000 + 物理地址

     ARM架構的CPU中較爲複雜。分爲兩種段和頁。其中頁方式又能夠細分爲大頁、小頁、極小頁。本文主要講的是段方式的轉換。

     所謂段映射就是創建一個表項，一般一個段的大小規定爲1M。

     例如CPU的地址總線是32位的，那麼就意味着，訪問的地址空間能夠達到2的32次方，也就是4G空間。根據段的大小規定1M，因此應該創建的表項就是4G/1M=4096項。具體解釋可參見下圖

　　　　 

　　若是創建如圖所示的表項，那麼，若是CPU須要訪問的地址在0~1M，那麼MMU就會在第1個表項中，取出實際物理地址。而後交給存儲管理器。固然，若是訪問形成衝突的狀況下，須要必定的算法來處理。

　　那麼最後能夠講解一個簡單的MMU段方式的映射的流程：

　　第1步，創建段表項。

　　在哪建？能夠在任意能尋址到的位置（固然是內存了），因爲咱們一般是在SDRAM中運行程序，因此建議在SDRAM前4K完成此項任務。

　　須要注意，在創建表項以前，請勿使能MMU。這樣，此時咱們使用的CPU發出的都是物理地址。

　　創建哪些表項，這與應用需求相關，但都應該包括SDRAM的物理地址到虛擬地址的映射過程。由於最後程序都是要在SDRAM上運行。而後，若是你應用程序中須要使用到哪些寄存器，那麼就須要創建寄存器實際物理地址到虛擬地址的映射。

　　注意上述的虛擬地址，能夠自行指定，如寄存器的虛擬地址的均可以自行定義。而SDRAM的虛擬地址，則須要與連接腳本保持一致。由於連接腳本上的地址不就是程序應該運行在的地址麼，是CPU發出的地址，此時它是虛擬地址，因此咱們須要利用此虛擬地址與實際的物理地址創建映射關係。

　　第2步，將創建表項的首地址，通知給MMU。具體代碼，可參見下述

unsigned long ttb = 0x30000000;//表項地址，即爲SDRAM的起始地址
// ARM休系架構與編程
// 嵌入彙編：LINUX內核徹底註釋
__asm__(
    "mov    r0, #0\n"
    "mcr    p15, 0, r0, c7, c7, 0\n"    /* 使無效ICaches和DCaches */   
    "mcr    p15, 0, r0, c7, c10, 4\n"   /* drain write buffer on v4 */
    "mcr    p15, 0, r0, c8, c7, 0\n"    /* 使無效指令、數據TLB */   
    "mov    r4, %0\n"                   /* r4 = 頁表基址 */
    "mcr    p15, 0, r4, c2, c0, 0\n"    /* 設置頁表基址寄存器 */
    "mvn    r0, #0\n"                  
    "mcr    p15, 0, r0, c3, c0, 0\n"    /* 域訪問控制寄存器設爲0xFFFFFFFF，
                                         * 不進行權限檢查
                                         */   
    /*
     * 對於控制寄存器，先讀出其值，在這基礎上修改感興趣的位，
     * 而後再寫入
     */
    "mrc    p15, 0, r0, c1, c0, 0\n"    /* 讀出控制寄存器的值 */   
    /* 控制寄存器的低16位含義爲：.RVI ..RS B... .CAM
     * R : 表示換出Cache中的條目時使用的算法，
     *     0 = Random replacement；1 = Round robin replacement
     * V : 表示異常向量表所在的位置，
     *     0 = Low addresses = 0x00000000；1 = High addresses = 0xFFFF0000
     * I : 0 = 關閉ICaches；1 = 開啓ICaches
     * R、S : 用來與頁表中的描述符一塊兒肯定內存的訪問權限
     * B : 0 = CPU爲小字節序；1 = CPU爲大字節序
     * C : 0 = 關閉DCaches；1 = 開啓DCaches
     * A : 0 = 數據訪問時不進行地址對齊檢查；1 = 數據訪問時進行地址對齊檢查
     * M : 0 = 關閉MMU；1 = 開啓MMU
     */
    /* 
    * 先清除不須要的位，往下若須要則從新設置它們   
    */
                                        /* .RVI ..RS B... .CAM */
    "bic    r0, r0, #0x3000\n"          /* ..11 .... .... .... 清除V、I位 */
    "bic    r0, r0, #0x0300\n"          /* .... ..11 .... .... 清除R、S位 */
    "bic    r0, r0, #0x0087\n"          /* .... .... 1... .111 清除B/C/A/M */
    /*
     * 設置須要的位
     */
    "orr    r0, r0, #0x0002\n"          /* .... .... .... ..1. 開啓對齊檢查 */
    "orr    r0, r0, #0x0004\n"          /* .... .... .... .1.. 開啓DCaches */
    "orr    r0, r0, #0x1000\n"          /* ...1 .... .... .... 開啓ICaches */
    "orr    r0, r0, #0x0001\n"          /* .... .... .... ...1 使能MMU */  
    "mcr    p15, 0, r0, c1, c0, 0\n"    /* 將修改的值寫入控制寄存器 */
    : /* 無輸出 */
    : "r" (ttb) );

　　第3步，使能MMU.

 

總結：

整個過程應該是這樣的：

1 上電後，CPU自動將nandflash前4K拷貝到SRAM中。

2 從地址0開始執行代碼，完成的內容應該包括了硬件初始化（關看門狗、初始化SDRAM等）。

3 創建表項（關於如何創建表項能夠參見上述），由於咱們須要使用MMU。

4 使能MMU

5 而後LDR PC XXX跳轉到SDRAM中執行。注意此時，XXX應該是虛擬地址了，由於已經使能MMU。至於XXX的具體值 ，應該參照連接腳本指定的所謂的程序應該位於的地址運行。因此在寫連接腳本指定地址時，也應該是個虛擬地址，而不要寫實際的物理地址（0x3xxxxx）。

 

附：

運行一個點燈程序你會發現比不用MMU直接在SDRAM上運行快，這是由於在MMU中有ICache和DCache兩個存儲器