ARM存儲器之：存儲管理單元MMU

15.5.4MMU的使能與禁止

MMU的使能/禁止可以通過CP15寄存器的c1的bit[0]來控制。

·bit[0]=0，MMU禁止。

·bit[0]=1，MMU使能。

下面的例子顯示了典型的MMU使能過程。

【例15.4】典型的MMU使能過程。

MRCp15，0，r0，c1，0，0

ORRr0，＃01

MCRp15，0，r0，c1，0，0

當(dāng)MMU被禁止時，存儲訪問執(zhí)行下列過程。

①當(dāng)禁止MMU時，存儲系統(tǒng)是否支持Cache和寫緩存，根據(jù)不同芯片設(shè)計不同而有所不同（ARM公司將設(shè)計權(quán)交給芯片廠商）。

·如果芯片規(guī)定當(dāng)禁止MMU時禁止Cache和寫緩存，則存儲訪問不考慮C、B控制位。

·如果芯片規(guī)定禁止MMU時使能Cache和寫緩存，則數(shù)據(jù)訪問被視為無Cache（uncachable）和寫緩存（unbufferable）的，即C=0、B=0。讀取指令時，如果系統(tǒng)是統(tǒng)一的TLB，則C=0；如果使用分開的TLB，則C=1。

②存儲訪問不受權(quán)限控制，MMU也不會產(chǎn)生存儲訪問中止信號。

③所有物理地址和虛擬地址相等，即使用平板存儲模式。

使能/禁止MMU時需要注意以下幾個問題。

·在使能MMU之前，正確的傳輸表要在內(nèi)存中事先建立，CP15的相關(guān)寄存器必須完成初始化操作。

·如果使用的不是平板存儲模式（物理地址和對應(yīng)虛擬地址相等），在禁止/使能MMU時，虛擬地址和物理地址的對應(yīng)關(guān)系發(fā)生變化，這時應(yīng)該清除（Flush）Cache中的當(dāng)前地址變換入口（Entry）。

·如果完成禁止/使能MMU的代碼的物理地址和虛擬地址不同，則禁止/使能MMU將帶來很大麻煩，因此建議完成使能/禁止MMU的代碼的物理地址和虛擬地址相同。

15.5.5虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換

（1）地址重定位

為了使任務(wù)有各自的虛擬存儲器映射，MMU硬件采用地址重定位，在地址訪問主存之前，轉(zhuǎn)換有處理器輸出的虛擬地址。當(dāng)處理器產(chǎn)生一個虛擬地址時，MMU取出這個虛擬地址的高位，遍歷傳輸表，從而形成一個物理地址。

虛擬存儲空間到物理存儲空間的映射是以內(nèi)存塊為單位進(jìn)行的。也就是說，虛擬存儲空間中一塊連續(xù)的存儲空間被映射到物理存儲空間中同樣大小的一塊連續(xù)存儲空間。

虛擬存儲空間到物理存儲空間地址重映射過程如圖15.24所示。

圖15.24虛擬存儲空間到物理存儲空間地址重映射過程

ARM支持的存儲塊的大小有以下幾種。

·段（Sections）：大小為1M的存儲塊。

·大頁（Largepages）：大小為64KB。

·小頁（Smallpages）：大小為4KB。

·極小頁（TinyPages）：大小為1KB。

段和大頁只需通過一次映射就可以將虛擬地址轉(zhuǎn)換成物理地址，也可以根據(jù)需要增加一級映射，采用兩級映射的方式再將大頁分成16KB的子頁，小頁分成1KB的子頁。極小頁不能再分，只能以1KB大小的整頁為單位。

ARM在內(nèi)存中存在兩級頁表以實現(xiàn)上述地址映射過程。

·一級頁表：一級頁表包括兩種類型的頁表項，即保持指向二級頁表起始地址的頁表項和保存用于轉(zhuǎn)換段（Section）地址的頁表項。一級頁表也稱為段頁表（sectionpagetable）。

·二級頁表：二級頁表包含以大頁和小頁為單位的地址變換頁表項。

一級頁表將4G地址空間劃分為多個1MB的段（Section），因此一級頁表包含4096個頁表項。一級頁表是一個混合表，可以作為二級頁表的目錄表，也可以作為用于轉(zhuǎn)換1MB段（也可視為1MB的虛擬頁）的普通頁表。當(dāng)一級頁表作為頁目錄時，其頁表項包含的是代表1MB虛擬空間的二級頁表指針。二級頁表分為粗頁表（Coarse）和細(xì)頁表（Fine）。當(dāng)一級頁表用于轉(zhuǎn)換一個1MB的段時，其頁表項包含的是物理存儲器中對應(yīng)1MB頁幀（pageframe）的首地址。

一個粗二級頁表（Coarse）包含256個頁表項，占有1KB的主存空間，每個頁表項將一個4KB的虛擬存儲塊轉(zhuǎn)換成一個4KB的物理存儲塊。粗二級頁表支持4KB和64KB的頁，頁表項包含的是4KB或64KB的頁幀地址。如果轉(zhuǎn)換的是一個64KB的頁，則對于每個64KB的頁，同一個頁表項必須在頁表中重復(fù)16次。

一個細(xì)二級頁表（Fine）有1024個頁表項，占有4KB的主存空間，每個頁表項轉(zhuǎn)換一個1KB的存儲塊。細(xì)頁表支持1KB、4KB、64KB虛存頁，每個頁表項包含1KB、4KB或64KB的物理頁幀首地址。如果轉(zhuǎn)換的是4KB的頁，則同一個頁表項必須在頁表中連續(xù)重復(fù)4次；如果轉(zhuǎn)換的是64KB的頁，則同一個頁表項需要在頁表中連續(xù)重復(fù)64次。