【linux】arm mm內存管理

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這篇文章寫的很好：Linux中的內存管理   http://blog.chinaunix.net/uid-26611383-id-3761754.html

 

  arm mmu硬件原理

 

 

由上圖，arm分四種模式，section，大小頁+ 極小頁，  section模式簡單，也能說明mmu本質，其它模式只是用了多級數組索引而已，本質是同樣的，詳細能夠閱讀arm920t的技術文檔，此處僅說section模式。

 

 

 

虛擬地址到物理地址轉換是由arm硬件自動管理的，上面這圖的Translation table是存在內存中的，是一個數組，數組的首地址即TTB(Translation table base), 其值被賦值給協處理器CP15的Register 2, translation table base (TTB) register, 該數組是被Indexed by modified virtual address bits [31:20]，共12位索引，數組元素個數有2 ^ 12 = 4096個，每一個MVA高12位能夠索引1M的section。

該數組元素的內容是：

所以程序要作的工做主要爲在內存中申請該數組（全局，棧，堆都行），而後將該數組賦值，再將該數組首地址給CP15的TTB寄存器，內存管理從宏觀來講就是這麼簡單。

 

轉換成程序語言就是：

static __global unsigned long  mmu_translation_table[4096] = {}; // 2^12

 

CP15.R2 = &mmu_translation_table[0]; //TTB 

 

因而可知，mmu_translation_table會額外佔用4096 * 4(sizeof(unsigned long)) = 16KB的空間。

 

那mmu_translation_table[0]，mmu_translation_table[1]...等又該如何初始化和賦值呢？

 

 

上圖的Section base本質上是物理地址，佔31:20位。

能夠定義成一個結構體, 假設爲小端:

typedef  struct {

    u32  pfn : 12; // Section base address, page frame number

    u32  reserve0: 8;

    u32  AP: 2; // access permissions

    u32  reserve1: 1;

    u32  domain: 4; // Specify one of the 16 possible domains (held in the domain accesscontrol register) that contain the primary access controls

    u32  reserve2: 1;

    u32  C: 1; 

    u32  B: 1; // These bits (C and B) indicatewhether the area of memory mapped by this section is treated as write-back cachable, write-through cachable, noncached buffered, or noncached nonbuffered

    u32  des_type: 2; //section，大小頁+ 極小頁

} mmu_translation_table_element_t;

 

 

根據上述定義，能夠從新定義mmu table。

static __global mmu_translation_table_element_t  mmu_translation_table[4096] = {0}; // 2^12

CP15.R2_TTB = &mmu_translation_table[0]; (天然語言)

 

公式

綜上所述，物理地址與虛擬地址的關係明確爲：

 

mmu_translation_table[VA >> 20] = PA & ((~0) << 20) + 權限控制位（共20位）

 

可見，mmu_translation_table高12位由物理地址的高12位組成，低20位爲該物理段的權限控制。

 

PA =  mmu_translation_table[VA >> 20] & ((~0) << 20) + VA & (1 << 20 - 1);

 

上述公式的解釋爲：虛擬地址的高12位做爲下標去索引mmu_translation_table，索引到的內容只取高12位，獲得了物理地址的高位地址，再與虛擬地址的低20位組合，則得到了真實的物理地址。

 

  linux mmu

 

內核地址空間劃分：

 

 

在src\arch\arm\kernel\vmlinux.lds中，定義 . = 0xC0000000 + 0x00008000, 所以linux kernel 代碼的虛擬地址從0xC0008000處開始。

而在u-boot加載內核代碼時，有tftp 0x30008000 uImage，所以linux kernel的物理地址從0x30008000開始。

 

PA(0x30008000) ↔ VA(0xC0008000)