MMU内存管理单元 - 虚拟地址到物理地址转换

简介MMU的主要作用:虚拟地址到物理地址的转换;访问权限控制;设置虚拟存储空间的缓冲。 虚拟存储器:程序一般存于掉电不丢失的硬盘中,但是硬盘读写速度慢。所以系统上电后一般只在ROM中完成小部分硬件初始化程序,并把程序搬运到内存中。然后,从内存中开始执行程序。但是,内存有限,不能一次性把所有代码加载到内存中,所以只把当前用到的一部分代码加载过来,把没用到的搬回磁盘。此时的效果等同于把所有程序加载到内存中,用户看来系统具有的内存比实际内存大的多。对于32位的CPU系统中虚拟地址空间有4GB大小,而嵌入式系统中的

MMU的主要作用:虚拟地址到物理地址的转换;访问权限控制;设置虚拟存储空间的缓冲。
虚拟存储器:程序一般存于掉电不丢失的硬盘中,但是硬盘读写速度慢。所以系统上电后一般只在ROM中完成小部分硬件初始化程序,并把程序搬运到内存中。然后,从内存中开始执行程序。但是,内存有限,不能一次性把所有代码加载到内存中,所以只把当前用到的一部分代码加载过来,把没用到的搬回磁盘。此时的效果等同于把所有程序加载到内存中,用户看来系统具有的内存比实际内存大的多。对于32位的CPU系统中虚拟地址空间有4GB大小,而嵌入式系统中的实际物理地址空间可能远小于此。
这里写图片描述

把虚拟地址空间分成一个个固定大小的块,每一块为一页。物理地址空间也分为同样大小的页。MMU要实现虚拟地址到物理地址的映射,CPU核发出虚拟地址VA;VA被转换为变换后的虚拟地址MVA给MMU;MMU把MVA转换成物理地址PA。
页表:位于内存中,页表的基地址存于CP15的C2寄存器中,表中每一行(叫一个地址变换条目entry)对应于虚拟存储空间的一个页,这个entry包含虚拟内存块和物理块地址的对应关系、该页的权限、该页的缓冲特性。
TLB(快表):CPU和内存速度级别相差较大,每次到内存中查表代价较大。根据程序局部性原理,把当前访问需要的条目存放在一个和CPU中寄存器速度差不多16字左右的TLB中。MMU把存储空间分为16个域,PC15中C3每两位控制一个域的访问权限。
ARM支持的存储块:段1MB;大页64KB(可分为16KB子页);小页4KB(可分为1KB子页);极小页1KB(只能保存在细页表中)。
大致过程:
1)根据VA和C2找到一级页表条目
2)若是段描述符,返回物理地址
3)若该条目是二级页表描述符,继续根据虚拟地址找下一个条目
4)找到第二个页描述符,返回物理地址

一级页表描述符

一级页表描述符

[1:0]=01粗页表:256行,占内存1KB,每个条目表示4KB空间;[31:10]是二级页表地址。如:粗页表+大页,因为指向物理空间只能为1MB,所以256/16*64K或64/4;连续16个条目保存同一大页描述符。
C2[31:14]+MVA[31:20]+0b00->粗页描述符;
粗页描述符[31:10]+MVA[19:12]+0b00->大页描述符;
大页描述符[31:16]+MVA[15:0]->PA
[1:0]=10段,[31:20]一块1MB物理地址空间的起始地址。MVA[19:0]在这块中寻址。
P15的C2[31:14]+MVA[31:20]+0b00——>段描述符。
段描述符[31:20]+MVA[19:0]–>PA。
[1:0]=11细页表,1024行,每个条目表示1KB空间;[31:12]是二级页表地址;细页表+大页,1024/64*64K或64/1,每个条目表示1KB,连续64个条目保存同一大页描述符
二级页表描述符
二级页表描述符

本文转自:https://blog.csdn.net/qq_23084801/article/details/75050061
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