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0.???????綜述

總的來說TLB miss處理分為硬件處理和軟件處理兩種，硬件處理代表架構(gòu)為X86，X86-64，IBM VM370；軟件處理代表為: MIPS, SPARC, Alpha；同時(shí)兼容軟硬件處理的架構(gòu)：PowerPC。以下便簡(jiǎn)要介紹各個(gè)架構(gòu)的TLB MISS處理過程及其特性。

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1.???????ARM架構(gòu)

ARM架構(gòu)的TLB雖然程序員可見，但是并不能像MIPS架構(gòu)那樣可以顯示的向TLB中寫入固定的內(nèi)容，TLB缺失重填過程是由硬件來完成的，具體過程如下：（參考：<<ARM920T的MMU與Cache>>文章）

1）??ARM的MMU和Cache集成在15號(hào)協(xié)處理器中。其中第2號(hào)寄存器存著頁表的基地址(TTB)；第8號(hào)寄存器提供了TLB invalid等TLB操作；第10號(hào)寄存器提供了TLB鎖定操作。

2）??以TTB中的內(nèi)容為基地址，以VA[31:20]為索引在表中查出第二級(jí)頁表（Coarse Page Table）的基地址，同樣是物理地址，也就是說第二級(jí)頁表也是直接按這個(gè)地址存在物理內(nèi)存中的。

3）??以VA[19:12]為索引在第二級(jí)頁表中查出物理頁面的基地址加上VA[11:0]這個(gè)偏移量就可以取出相應(yīng)地址上的數(shù)據(jù)。

4）??過程稱為Translation Table Walk從TTB走到一級(jí)頁表，又走到二級(jí)頁表，又走到物理頁面，一次尋址其實(shí)是三次訪問物理內(nèi)存。注意這個(gè)“走”的過程完全是硬件做的，每次CPU尋址時(shí)MMU就自動(dòng)完成以上四步，不需要編寫指令指示MMU去做，前提是操作系統(tǒng)要維護(hù)頁表項(xiàng)的正確性，每次分配內(nèi)存時(shí)填寫相應(yīng)的頁表項(xiàng)，每次釋放內(nèi)存時(shí)清除相應(yīng)的頁表項(xiàng)，在必要的時(shí)候分配或釋放整個(gè)頁表。

5）??除了硬件TTW，CP15的8號(hào)寄存器支持的TLB操作如下：

a)?????????無效指令TLB

b)?????????無效指令單一入口

c)?????????無效整個(gè)數(shù)據(jù)TLB

d)?????????無效數(shù)據(jù)單一入口

e)?????????無效所有TLB

因此由上面分析可以看到ARM的類似X86架構(gòu)是硬件完成TLB重填，而且不能顯示訪問TLB的每一項(xiàng)。

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2.???????SPARC架構(gòu)

SPARC架構(gòu)類似MIPS，使用的是軟件管理TLB重填異常，TLB中也擁有區(qū)分不同地址空間的標(biāo)識(shí)符?context id，是否使用特權(quán)級(jí)是根據(jù)操作模式和TRAP LEVEL決定的。SPARC的TLB重填異常如下：

1）???發(fā)生TLB異常時(shí)陷入操作系統(tǒng)

2）???操作系統(tǒng)首先查詢TSB中是否存在缺失項(xiàng)

a)?????????如果有load到TLB中

b)?????????如果沒有則執(zhí)行TSB缺失函數(shù)

3）???SPARC訪問TLB的命令是ldxa，stxa等，具體方式見linux內(nèi)核中?arch/sparc/ kernel/itlb_miss.S文件中填充TLB的部分

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3.???????POWERPC架構(gòu)

POWERPC架構(gòu)的TLB MISS有硬件查詢的部分有軟件查詢的部分。其TLB MISS處理的方式如下，一共兩輪查詢

1）??首先查詢處理器中的DBAT和IBAT寄存器，這些寄存器只有4或8個(gè)，用于映射內(nèi)核地址，最大能映射到256M。如果這次查詢成功則不進(jìn)行下輪查詢。

2）??若第一次查詢不成功，則進(jìn)行第二輪查詢，這輪查詢不一定被所有的類型的POWERPC處理器支持，查詢中首先通過段寄存器獲得一個(gè)52位地址。這52位線性地址使用hash表存放其頁表。硬件獲得52地址對(duì)應(yīng)的hash值，查詢頁表。如果不存在則解決hash?沖突繼續(xù)查，如果繼續(xù)查不中則陷入到OS中進(jìn)行處理。

3）??POWERPC G1系列不支持查詢hash表，而使用軟件方式查詢標(biāo)準(zhǔn)頁表，之后寫入TLB；G2~G4系列均采用硬件查詢hash表。最新的POWERPC處理器支持兩種方式選擇。

4）??POWERPC系列訪問TLB指令類似tlbre, tlbwe等，有點(diǎn)類似MIPS。

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4.???????Alpha架構(gòu)

Alpha同樣使用軟件TLB重填，同樣具有ASID用于保證TLB中存在不同地址空間的項(xiàng)。但是Alpha的TLB重填很奇特，使用機(jī)器碼來完成三級(jí)頁表的查詢，換句話說Alpha的TLB miss重填函數(shù)固化在機(jī)器碼中。

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5.???????X86，x86-64架構(gòu)

X86使用的是硬件頁表查詢，特點(diǎn)是：

1）???操作系統(tǒng)并不知道有TLB存在

2）???CPU保證TLB和頁表一致性。即當(dāng)頁表改變或者切換時(shí)需要刷新TLB。

3）???TLB中不存在ASID。

4）???OS不能單一操作某一TLB表項(xiàng)，只能通過INVLPG指令無效整個(gè)TLB。

5）???X86的硬件page table walk過程略~

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6.???????MIPS架構(gòu)

MIPS使用的是軟件TLB miss方法，使用ASID區(qū)分不同的用戶空間。具體過程如下：

1）??訪問地址TLB不存在時(shí)候，陷入內(nèi)核產(chǎn)生TLB miss異常。

2）??TLB miss?處理函數(shù)查詢?nèi)?jí)頁表獲得地址并填入TLB

3）??MIPS架構(gòu)中訪問TLB指令時(shí)：tlbwi，tlbri等。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的常见架构TLB miss处理方法（转）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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