嵌入式linux学习笔记1—内存管理MMU之虚拟地址到物理地址的转化

时间:2021-01-21 00:23:04

一.内存管理基本知识

1.S3C2440最多会用到两级页表:以段的方式进行转换时只用到一级页表,以页的方式进行转换时用到两级页表。页的大小有三种:大页(64KB),小页(4KB),极小页(1KB)。条目也称为"描述符",有:段描述符,大页描述符,小页描述符,极小页描述符——他们保存大页,小页,极小页的起始物理地址;粗页表描述符,细页表描述符——他们保存二级页表的物理地址。

2.一级页表描述符的最低两位,可分为以下四种情况:

(1).0b00:无效。

(2).0b01:粗页表。

(3).0b10:段。

(4).0b11:细页表。

3.二级页表描述符的最低两位,可分为以下四种情况:

(1).0b00:无效。

(2).0b01:大页描述符。

(3).0b10:小页描述符。

(4).0b11:极小页描述符。

4.一级页表地址,将它写入协处理器CP15的寄存器C2(称为页表基址寄存器)

二.地址转化过程(基址+变址的形式)

1.段的地址转化过程

NO1.一级页表基址C2[31:14]+MVA[31:20]+低两位为0构成一个32位的物理地址,找到其中存储的描述符,此描述符最低两位为0b10,称为段描述符;

NO2.段描述符[31:20]+MVA[19:0]构成一个32位的物理地址——这就是MVA对应的PA。

2.大页的地址转化过程

(1).大页描述符保存在粗页表中

NO1.一级页表基址C2[31:14]+MVA[31:20]+低两位为0构成一个32位的物理地址,找到其中存储的描述符,此描述符最低两位为0b01,称为粗页表描述符;

NO2.粗页表描述符[31:10]+MVA[19:12]+低两位为0构成一个新的32位地址,找到其中存储的描述符,此描述符最低两位为0b01,称为大页描述符;

NO3.大页描述符[31:16]+MVA[15:0]构成一个32位的物理地址——这就是MVA对应的PA。

(2).大页描述符保存在细页表中

NO1.一级页表基址C2[31:14]+MVA[31:20]+低两位为0构成一个32位的物理地址,找到其中存储的描述符,此描述符最低两位为0b11,称为细页表描述符;

NO2.细页表描述符[31:12]+MVA[19:10]+低两位为0构成一个新的32位地址,找到其中存储的描述符,此描述符最低两位为0b01,称为大页描述符;

NO3.大页描述符[31:16]+MVA[15:0]构成一个32位的物理地址——这就是MVA对应的PA。

3.小页的地址转化过程

(1).小页描述符保存在粗页表中

NO1.一级页表基址C2[31:14]+MVA[31:20]+低两位为0构成一个32位的物理地址,找到其中存储的描述符,此描述符最低两位为0b01,称为粗页表描述符;

NO2.粗页表描述符[31:10]+MVA[19:12]+低两位为0构成一个新的32位地址,找到其中存储的描述符,此描述符最低两位为0b10,称为小页描述符;

NO3.小页描述符[31:16]+MVA[15:0]构成一个32位的物理地址——这就是MVA对应的PA。

(2).小页描述符保存在细页表中

NO1.一级页表基址C2[31:14]+MVA[31:20]+低两位为0构成一个32位的物理地址,找到其中存储的描述符,此描述符最低两位为0b11,称为细页表描述符;

NO2.细页表描述符[31:12]+MVA[19:10]+低两位为0构成一个新的32位地址,找到其中存储的描述符,此描述符最低两位为0b10,称为小页描述符;

NO3.小页描述符[31:16]+MVA[15:0]构成一个32位的物理地址——这就是MVA对应的PA。

4.极小页的地址转化过程

NO1.一级页表基址C2[31:14]+MVA[31:20]+低两位为0构成一个32位的物理地址,找到其中存储的描述符,此描述符最低两位为0b11,称为细页表描述符;

NO2.细页表描述符[31:12]+MVA[19:10]+低两位为0构成一个新的32位地址,找到其中存储的描述符,此描述符最低两位为0b11,称为极小页描述符;

NO3.极小页描述符[31:16]+MVA[15:0]构成一个32位的物理地址——这就是MVA对应的PA。

三.粗页表细页表每个条目表示的物理空间的由来

1.粗页表中连续16个条目都保存同一大页描述符

用于粗页表索引的MVA[19:12]与用于大页内寻址的MVA[15:0]有重合的位,粗页表中保存的描述符[31:16]作为物理地址的基址,为了保证基址相同,变址变化,即描述符   不变,MVA[15:0]变化,当MVA[15:12]由0b0000变化到0b1111时,里面存储的描述符应该相同——所以,粗页表中连续16个条目都保存同一大页描述符。

2.细页表中连续4个条目保存同一小页描述符

用于细页表索引的MVA[19:10]与用于小页内寻址的MVA[11:0]有重合的位,粗页表中保存的描述符[31:12]作为物理地址的基址,为了保证基址相同,变址变化,即描述符    不变,MVA[11:0]变化,当MVA[11:10]由0b00变化到0b11时,里面存储的描述符应该相同——所以,粗页表中连续4个条目都保存同一小页描述符。

四.为什么极小页描述符只能保存在细页表中

MVA[31:20]索引一级页表,MVA[19:12]索引二级页表中的粗页表,MVA[19:10]索引二级页表中的细页表,MVA[9:0]表示极小页的寻址空间。又每一个MVA对应一个   不同的物理地址PA,当极小页的描述符保存在粗页表中时,MVA[11:10]变化时,其对应的物理地址全部相同,故不能保存在粗页表中。