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(guò)CP15寄存器的c1的bit[0]來(lái)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(guò)程。

【例15.4】典型的MMU使能過(guò)程。

MRCp15，0，r0，c1，0，0

ORRr0，＃01

MCRp15，0，r0，c1，0，0

當MMU被禁止時(shí)，存儲訪(fǎng)問(wèn)執行下列過(guò)程。

①當禁止MMU時(shí)，存儲系統是否支持Cache和寫(xiě)緩存，根據不同芯片設計不同而有所不同（ARM公司將設計權交給芯片廠(chǎng)商）。

·如果芯片規定當禁止MMU時(shí)禁止Cache和寫(xiě)緩存，則存儲訪(fǎng)問(wèn)不考慮C、B控制位。

·如果芯片規定禁止MMU時(shí)使能Cache和寫(xiě)緩存，則數據訪(fǎng)問(wèn)被視為無(wú)Cache（uncachable）和寫(xiě)緩存（unbufferable）的，即C=0、B=0。讀取指令時(shí)，如果系統是統一的TLB，則C=0；如果使用分開(kāi)的TLB，則C=1。

②存儲訪(fǎng)問(wèn)不受權限控制，MMU也不會(huì )產(chǎn)生存儲訪(fǎng)問(wèn)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(shí)需要注意以下幾個(gè)問(wèn)題。

·在使能MMU之前，正確的傳輸表要在內存中事先建立，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（物理地址和對應虛擬地址相等），在禁止/使能MMU時(shí)，虛擬地址和物理地址的對應關(guān)系發(fā)生變化，這時(shí)應該清除（Flush）Cache中的當前地址變換入口（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(lái)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(fǎng)問(wèn)主存之前，轉換有處理器輸出的虛擬地址。當處理器產(chǎn)生一個(gè)虛擬地址時(shí)，MMU取出這個(gè)虛擬地址的高位，遍歷傳輸表，從而形成一個(gè)物理地址。

虛擬存儲空間到物理存儲空間的映射是以?xún)却鎵K為單位進(jìn)行的。也就是說(shuō)，虛擬存儲空間中一塊連續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存儲空間。

虛擬存儲空間到物理存儲空間地址重映射過(guò)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(guò)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(yè)（Largepages）：大小為64KB。

·小頁(yè)（Smallpages）：大小為4KB。

·極小頁(yè)（TinyPages）：大小為1KB。

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

ARM在內存中存在兩級頁(yè)表以實(shí)現上述地址映射過(guò)程。

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

·二級頁(yè)表：二級頁(yè)表包含以大頁(yè)和小頁(yè)為單位的地址變換頁(yè)表項。

一級頁(yè)表將4G地址空間劃分為多個(gè)1MB的段（Section），因此一級頁(yè)表包含4096個(gè)頁(yè)表項。一級頁(yè)表是一個(gè)混合表，可以作為二級頁(yè)表的目錄表，也可以作為用于轉換1MB段（也可視為1MB的虛擬頁(yè)）的普通頁(yè)表。當一級頁(yè)表作為頁(yè)目錄時(shí)，其頁(yè)表項包含的是代表1MB虛擬空間的二級頁(yè)表指針。二級頁(yè)表分為粗頁(yè)表（Coarse）和細頁(yè)表（Fine）。當一級頁(yè)表用于轉換一個(gè)1MB的段時(shí)，其頁(yè)表項包含的是物理存儲器中對應1MB頁(yè)幀（pageframe）的首地址。

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

一個(gè)細二級頁(yè)表（Fine）有1024個(gè)頁(yè)表項，占有4KB的主存空間，每個(gè)頁(yè)表項轉換一個(gè)1KB的存儲塊。細頁(yè)表支持1KB、4KB、64KB虛存頁(yè)，每個(gè)頁(yè)表項包含1KB、4KB或64KB的物理頁(yè)幀首地址。如果轉換的是4KB的頁(yè)，則同一個(gè)頁(yè)表項必須在頁(yè)表中連續重復4次；如果轉換的是64KB的頁(yè)，則同一個(gè)頁(yè)表項需要在頁(yè)表中連續重復64次。