【linux】arm mm内存管理

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这篇文章写的很好：Linux中的内存管理   http://blog.chinaunix.net/uid-26611383-id-3761754.html

 

  arm mmu硬件原理

 

 

由上图，arm分四种模式，section，大小页+ 极小页，  section模式简单，也能说明mmu本质，其它模式只是用了多级数组索引而已，本质是一样的，详细可以阅读arm920t的技术文档，此处仅说section模式。

 

 

 

虚拟地址到物理地址转换是由arm硬件自动管理的，上面这图的Translation table是存在内存中的，是一个数组，数组的首地址即TTB(Translation table base), 其值被赋值给协处理器CP15的Register 2, translation table base (TTB) register, 该数组是被Indexed by modified virtual address bits [31:20]，共12位索引，数组元素个数有2 ^ 12 = 4096个，每个MVA高12位可以索引1M的section。

该数组元素的内容是：

因此程序要做的工作主要为在内存中申请该数组（全局，栈，堆都行），然后将该数组赋值，再将该数组首地址给CP15的TTB寄存器，内存管理从宏观来说就是这么简单。

 

转换成程序语言就是：

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

 

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

 

由此可见，mmu_translation_table会额外占用4096 * 4(sizeof(unsigned long)) = 16KB的空间。

 

那mmu_translation_table[0]，mmu_translation_table[1]...等又该如何初始化和赋值呢？

 

 

上图的Section base本质上是物理地址，占31:20位。

可以定义成一个结构体, 假设为小端:

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，大小页+ 极小页

} mmu_translation_table_element_t;

 

 

根据上述定义，可以重新定义mmu table。

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

CP15.R2_TTB = &mmu_translation_table[0]; (自然语言)

 

公式

综上所述，物理地址与虚拟地址的关系明确为：

 

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

 

可见，mmu_translation_table高12位由物理地址的高12位组成，低20位为该物理段的权限控制。

 

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

 

上述公式的解释为：虚拟地址的高12位作为下标去索引mmu_translation_table，索引到的内容只取高12位，得到了物理地址的高位地址，再与虚拟地址的低20位组合，则获得了真实的物理地址。

 

  linux mmu

 

内核地址空间划分：

 

 

在src\arch\arm\kernel\vmlinux.lds中，定义 . = 0xC0000000 + 0x00008000, 因此linux kernel 代码的虚拟地址从0xC0008000处开始。

而在u-boot加载内核代码时，有tftp 0x30008000 uImage，因此linux kernel的物理地址从0x30008000开始。

 

PA(0x30008000) ↔ VA(0xC0008000)