MMU配置和使用

一：初识MMU

MMU是memory managerment unit 即内存管理单元，是把虚拟内存转化为物理内存的一个“介质”，为什么要用到虚拟内存呢，因为在嵌入式系统中，进程和程序是很多的，物理内存根本不够用，所以使用MMU可以最大限度减少物理内存的使用，提高运行效率。MMU也是嵌入式和单片机两者中不同点最大的地方，单片机是没有MMU这个概念的。在这里，我们尝试去做一个简单的程序。假设保存为a。

#include

int a=1;

void main()

{

   while(1)

{

printf('&a=%p,a=%dn',&a,a);

sleep(3);

}

}

首先在虚拟机上运行这个程序后在我的主机上显示的是0x80496a4 a=1

再将此文件复制一次保存为b。修改b,将int a=1改为int b=2。

#include

int b=1;

void main()

{

   while(1)

{

printf('&b=%p,b=%dn',&b,b);

sleep(3);

}

}

运行后发现显示的是0x80496a4 b=2

为什么读出来的地址一样，一个读出的是1，一个读出的是2呢?

这就是MMU的作用了，这个地址0x80496a4其实是虚拟地址，MMU需要将其转化为物理地址。

二：MMU深入学习

MMU 页表描述

为了支持段和页的映射方式，MMU使用两级页表描述符，一级页表描述符决定访问的是一个分段还是一个分页式的表，如果访问的是一个分页式的页表，处理器MMU决定页表类型是大页还是小页并找到二级页表。

一级页表描述符格式分析

如上图所示:

bit[1:0]: 映射类型，分段式还是分页式。

00 忽略

11 无效，返回Translation fault

10 分段式

01 分页式

nG ： 0 转换表被标记为全局的； 1 转换表属于特定进程

S : 共享位，0 非共享; 1 共享内存

XN： 0 包含可执行代码; 1 不包含可执行代码

APX，AP位: 权限访问控制位

Doman : 域标识，属于哪个域

P： ECC校验

TEX,C,B: 此区域是否采用缓冲buffer，cache，还是直接访问，一般外设采用无缓冲，内存采用缓冲方式（个人理解）

NS：No-Secure 属性

二级页表描述符格式分析

bit[1:0] : 01 时，采用粗粒度大页64K进行映射 1X时，采用小（细）页4K进行映射

1M分段式映射

页表基地址（TTBRx寄存器中）18bits[31:14]+虚拟地址12bits[31:20] +2[00] 构成了一级页表描述符的地址

取得了一级页表描述符的地址，访问这个地址从中可以得到真实的物理段基地址[31:20]

将得到的物理段基地址[31:20]加上虚拟地址中的[19:0]位偏移地址构成了真正的物理地址

每个虚拟地址可以索引 2^12 个一级描述符地址，每个一级描述符可以包含 2^20 个物理地址，总共可以索引4G空间

三：代码实现

所需要进行的工作包括以下三点

1 建立一级页表

2 写入TTB （写入TTB，因为MMU通过cp15寄存器的c2找到表项，来进行后续的工作）

3 打开MMU

一：

根据一级页表描述符，表的基地址在内存起始位置，表项的前十二位Section base address为物理基地址,段描述：section base address是物理地址高十二位，SBZ为should be zero，AP为访问权限（access peimission） ，Domain为域，C为cache,B为write buffer,最后两位10表示段式映射。表项需要设置段式还是分页式，权限，域这里选择为0，由于访问GPIO是很简单的，所以不需要cache和write buffer。

二：

c2是设置TTB的寄存器。TTB实际上是页表的基地址，在这里页表放在内存首地址上，写入c2寄存器中。所以这里只要把首地址写入c2寄存器中即可。

三：

使能MMU，cp15的C1寄存器的第0位使能MMU，将其设置为1即可。

设置域的访问权限，每个域的访问权限是由c3寄存器控制的，决定每个域的S和R位，在这里设置为11，意思是不去检查他的访问权限，这里把所有的位都设置为1即可。以下是c3寄存器的描述。

参考：http://www.jianshu.com/p/faebd7feb218

以下为代码实现：

虚拟地址 找到物理地址，然后通过物理地址点亮led

在这里虚拟地址选择为0xA0000000，映射到物理地址0x7f000000，需要页表建立映射关系，一般放在内存的起始地址,6410为0x50000000,

#define GPKCON (volatile unsigned long*)0xA0008820

#define GPKDAT (volatile unsigned long*)0xA0008824

/* 

 * 用于段描述符的一些宏定义

 */ 

#define MMU_FULL_ACCESS     (3 << 10)   /* 访问权限 */

#define MMU_DOMAIN          (0 << 5)    /* 属于哪个域 */

#define MMU_SPECIAL         (1 << 4)    /* 必须是1 */

#define MMU_CACHEABLE       (1 << 3)    /* cacheable */

#define MMU_BUFFERABLE      (1 << 2)    /* bufferable */

#define MMU_SECTION         (2)         /* 表示这是段描述符 */

#define MMU_SECDESC         (MMU_FULL_ACCESS | MMU_DOMAIN | MMU_SPECIAL | MMU_SECTION)   //这里访问GPIO是很简单的不需要cache和write buffer

#define MMU_SECDESC_WB      (MMU_FULL_ACCESS | MMU_DOMAIN | MMU_SPECIAL | MMU_CACHEABLE | MMU_BUFFERABLE | MMU_SECTION)

//对GPIO进行映射

void create_page_table(void)

{

    unsigned long *ttb = (unsigned long *)0x50000000;

    unsigned long vaddr, paddr;

    vaddr = 0xA0000000;

    paddr = 0x7f000000;

    *(ttb + (vaddr >> 20)) = (paddr & 0xFFF00000) | MMU_SECDESC;//取虚拟地址的高20位，物理基地址高十二位，

//内存映射，采用虚拟地址和物理地址相同，用while循环这里选择映射64M空间（不需要太多），这里需要打开cache和write buffer，每次映射好后加上1M，对下一段地址进行映射

    vaddr = 0x50000000;

    paddr = 0x50000000;

    while (vaddr < 0x54000000)

    {

        *(ttb + (vaddr >> 20)) = (paddr & 0xFFF00000) | MMU_SECDESC_WB;

        vaddr += 0x100000;

        paddr += 0x100000;

    }

}

void mmu_init()

{

   __asm__(

    /*设置TTB*/

    'ldr    r0, =0x50000000n'                  

    'mcr    p15, 0, r0, c2, c0, 0n'    

    /*不进行权限检查*/

    'mvn    r0, #0n'                   

    'mcr    p15, 0, r0, c3, c0, 0n'    

   /*使能MMU*/

    'mrc    p15, 0, r0, c1, c0, 0n'    

    'orr    r0, r0, #0x0001n'          

    'mcr    p15, 0, r0, c1, c0, 0n'    

    : 

    : 

  );

}

int gboot_main()

{

    create_page_table();

    mmu_init();

    *(GPKCON) = 0x1111;

    *(GPKDAT) = 0xe;

    return 0;    

}