LCD實驗學習筆記（五）：MMU

內存管理分別頁表機制和內存分配機制兩塊。

頁表機制就是管理設備真實物理地址與虛擬地址的動態或靜態的映射，基於cpu內部的mmu(內存管理單元）進行。

CP15(協處理器）的C0（緩存）是一級頁表，含4096個索引（每索引4字節，共16K)。

每一個索引項表明1MB地址空間，4096*1MB=4GB=32位CPU可尋址4GB空間。

4096個索引欺項，對應虛擬地址[31:20]。

每一個索項引佔4字節32位，其[1:0]含義爲：

00無效，MMU向CPU發出缺頁異常；

01粗頁表，二級頁表是64K或4K頁；

10段（section)，每段長度1MB；

11細頁表，二級頁表是1K頁。

段模式下，送進MMU的32位虛擬地址被分紅兩部份，[31:20]爲段索引，[19:0]爲段內偏移地址。

MMU根據段索引，找到索引項標記的所映射的物理段的首地址（索引項的[31：20]<<20)，加上偏移地址，就成爲物理尋址地址。

cpu默認不是啓用mmu的，使用物理地址直接尋址。

使用mmu，要先在內存中初始化頁表TTB，而後將這個頁表基地址寫到P15的控制寄存器。

建立頁表和啓用mmu代碼以下(假設映射0xA0000000開始的1M虛擬地址空間映射到從0x56000000開始的1M物理地址空間)：

 

---

 

void creat_page_table(void)
{
#define MMU_FULL_ACCESS (3 << 10) /* 訪問權限 */
#define MMU_DOMAIN (0 << 5) /* 屬於哪一個域 */
#define MMU_SPECIAL (1 << 4) /* 必須是1 */
#define MMU_CACHEABLE (1 << 3) /* cacheable */
#define MMU_BUFFERABLE (1 << 2) /* bufferable */
#define MMU_SECTION (2) /* 表示這是段描述符 */
#define MMU_SECDESC (MMU_FULL_ACCESS | MMU_DOMAIN | MMU_SPECIAL | MMU_SECTION)
#define MMU_SECDESC_WB (MMU_FULL_ACCESS | MMU_DOMAIN | MMU_SPECIAL | MMU_CACHEABLE | MMU_BUFFERABLE | MMU_SECTION)
#define MMU_SECTION_SIZE 0x00100000

　　unsigned long virtualaddr, physicaladdr;　　
　　unsigned long *mmu_tlb_base = (unsigned long *)0x30000000;

　　//steppingstone地址爲0，將0-1M地址映射到第一個虛擬地址段
　　virtualaddr = 0;
　　physicaladdr = 0;
　　*(mmu_tlb_base + (virtualaddr >> 20)) = (physicaladdr & 0xfff00000) | MMU_SECDESC_WB;

　　/*
　　* 0x56000000是GPIO寄存器的起始物理地址，
　　* GPBCON和GPBDAT這兩個寄存器的物理地址0x56000050、0x56000054，
　　* 爲了在第二部分程序中能以地址0xA0000050、0xA0000054來操做GPFCON、GPFDAT，
　　* 把從0xA0000000開始的1M虛擬地址空間映射到從0x56000000開始的1M物理地址空間
　　*/
　　virtualaddr = 0xA0000000;
　　physicaladdr = 0x56000000;
　　*(mmu_tlb_base + (virtualaddr >> 20)) = (physicaladdr & 0xfff00000) | MMU_SECDESC;

　　/*
　　* SDRAM的物理地址範圍是0x30000000～0x33FFFFFF，
　　* 將虛擬地址0xB0000000～0xB3FFFFFF映射到物理地址0x30000000～0x33FFFFFF上，
　　* 總共64M，涉及64個段描述符
　　*/
　　virtualaddr = 0xB0000000;
　　physicaladdr = 0x30000000;　　
　　while (virtualaddr < 0xB4000000)
　　{
　　　　*(mmu_tlb_base + (virtualaddr >> 20)) = (physicaladdr & 0xfff00000)| MMU_SECDESC_WB;
　　　　virtualaddr += 0x100000;
　　　　physicaladdr += 0x100000;
　　}

}

void mmu_init(void)
{
　　unsigned long ttb = 0x30000000;
　　__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));

}