?嵌入式系統(tǒng)中，存儲(chǔ)系統(tǒng)差別很大，可包含多種類型的存儲(chǔ)器件，如FLASH，SRAM，SDRAM，ROM等，這些不同類型的存儲(chǔ)器件速度和寬度等各不相同；在訪問存儲(chǔ)單元時(shí)，可能采取平板式的地址映射機(jī)制對(duì)其操作，或需要使用虛擬地址對(duì)其進(jìn)行讀寫；系統(tǒng)中，需引入存儲(chǔ)保護(hù)機(jī)制，增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性。為適應(yīng)如此復(fù)雜的存儲(chǔ)體系要求，ARM處理器中引入了存儲(chǔ)管理單元來管理存儲(chǔ)系統(tǒng)。
一.內(nèi)存管理單元（MMU）概述
在ARM存儲(chǔ)系統(tǒng)中，使用MMU實(shí)現(xiàn)虛擬地址到實(shí)際物理地址的映射。為何要實(shí)現(xiàn)這種映射？首先就要從一個(gè)嵌入式系統(tǒng)的基本構(gòu)成和運(yùn)行方式著手。系統(tǒng)上電時(shí)，處理器的程序指針從0x0（或者是由0Xffff_0000處高端啟動(dòng)）處啟動(dòng)，順序執(zhí)行程序，在程序指針（PC）啟動(dòng)地址，屬于非易失性存儲(chǔ)器空間范圍，如ROM、FLASH等。然而與上百兆的嵌入式處理器相比，FLASH、ROM等存儲(chǔ)器響應(yīng)速度慢，已成為提高系統(tǒng)性能的一個(gè)瓶頸。而SDRAM具有很高的響應(yīng)速度，為何不使用SDRAM來執(zhí)行程序呢？為了提高系統(tǒng)整體速度，可以這樣設(shè)想，利用FLASH、ROM對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置，把真正的應(yīng)用程序下載到SDRAM中運(yùn)行，這樣就可以提高系統(tǒng)的性能。然而這種想法又遇到了另外一個(gè)問題，當(dāng)ARM處理器響應(yīng)異常事件時(shí)，程序指針將要跳轉(zhuǎn)到一個(gè)確定的位置，假設(shè)發(fā)生了IRQ中斷，PC將指向0x18(如果為高端啟動(dòng)，則相應(yīng)指向0vxffff_0018處)，而此時(shí)0x18處仍為非易失性存儲(chǔ)器所占據(jù)的位置，則程序的執(zhí)行還是有一部分要在FLASH或者ROM中來執(zhí)行的。那么我們可不可以使程序完全都SDRAM中運(yùn)行那？答案是肯定的，這就引入了MMU，利用MMU，可把SDRAM的地址完全映射到0x0起始的一片連續(xù)地址空間，而把原來占據(jù)這片空間的FLASH或者ROM映射到其它不相沖突的存儲(chǔ)空間位置。例如，FLASH的地址從0x0000_0000－0x00ff_ffff,而SDRAM的地址范圍是0x3000_0000－0x31ff_ffff，則可把SDRAM地址映射為0x0000_0000－0x1fff_ffff而FLASH的地址可以映射到0x9000_0000－0x90ff_ffff（此處地址空間為空閑，未被占用）。映射完成后，如果處理器發(fā)生異常，假設(shè)依然為IRQ中斷，PC指針指向0x18處的地址，而這個(gè)時(shí)候PC實(shí)際上是從位于物理地址的0x3000_0018處讀取指令。通過MMU的映射，則可實(shí)現(xiàn)程序完全運(yùn)行在SDRAM之中。
在實(shí)際的應(yīng)用中，可能會(huì)把兩片不連續(xù)的物理地址空間分配給SDRAM。而在操作系統(tǒng)中，習(xí)慣于把SDRAM的空間連續(xù)起來，方便內(nèi)存管理，且應(yīng)用程序申請(qǐng)大塊的內(nèi)存時(shí)，操作系統(tǒng)內(nèi)核也可方便地分配。通過MMU可實(shí)現(xiàn)不連續(xù)的物理地址空間映射為連續(xù)的虛擬地址空間。
操作系統(tǒng)內(nèi)核或者一些比較關(guān)鍵的代碼，一般是不希望被用戶應(yīng)用程序所訪問的。通過MMU可以控制地址空間的訪問權(quán)限，從而保護(hù)這些代碼不被破壞。
二.MMU地址映射的實(shí)現(xiàn)
MMU的實(shí)現(xiàn)過程，實(shí)際上就是一個(gè)查表映射的過程。建立頁表（translate table）是實(shí)現(xiàn)MMU功能不可缺少的一步。頁表是位于系統(tǒng)的內(nèi)存中，頁表的每一項(xiàng)對(duì)應(yīng)于一個(gè)虛擬地址到物理地址的映射。每一項(xiàng)的長度即是一個(gè)字的長度（在ARM中，一個(gè)字的長度被定義為4字節(jié)）。頁表項(xiàng)除完成虛擬地址到物理地址的映射功能之外，還定義了訪問權(quán)限和緩沖特性等。
1、映射存儲(chǔ)塊的分類　
MMU 支持基于節(jié)或頁的存儲(chǔ)器訪問，MMU可以用下面四種大小進(jìn)行映射：
節(jié)（Section） 構(gòu)成1MB 的存儲(chǔ)器塊
支持3 中不同的頁尺寸：
微頁（Tiny page） 構(gòu)成1KB 的存儲(chǔ)器塊
小頁（Small page） 構(gòu)成4KB 的存儲(chǔ)器塊
大頁（Large page） 構(gòu)成64KB 的存儲(chǔ)器塊
其中對(duì)于節(jié)映射使用一級(jí)轉(zhuǎn)換表就可以了，而對(duì)于微頁、小頁、大頁則需要使用兩級(jí)轉(zhuǎn)換表。
存在主存儲(chǔ)器內(nèi)的轉(zhuǎn)換表有兩個(gè)級(jí)別：
2、第一級(jí)轉(zhuǎn)換表
（注：本文中的頁表與轉(zhuǎn)換表同義）

存儲(chǔ)節(jié)轉(zhuǎn)換表和指向第二級(jí)表的指針。
注： 上圖中粗糙頁表欄中的最后一項(xiàng)應(yīng)為‘01’
第一級(jí)表的每個(gè)入口是一個(gè)描述它所關(guān)聯(lián)的1MB 虛擬地址是如何映射的描述符。見表3-1，根據(jù)bits[1:0]的組合，有四種可能：
·? 如果bits[1:0]==0b00，所關(guān)聯(lián)的地址沒有被映射，試圖訪問他們將產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)換錯(cuò)（fault）。因?yàn)樗麄儽挥布雎?#xff0c;所以軟件可以利用這樣的描述符的bits[31:2]做自己的用途。推薦為描述符繼續(xù)保持正確的訪問權(quán)限。
·? 如果bits[1:0]==0b10，這個(gè)入口是它所關(guān)聯(lián)地址的節(jié)描述符。見節(jié)描述符和轉(zhuǎn)換節(jié)參考中的細(xì)節(jié)。
·? 如果bits[0]==1，這個(gè)入口給出粗糙第二級(jí)表（bit[1]==0），或精細(xì)第二級(jí)表（bit[1]==1）。

每一種類型的表描述了它所關(guān)聯(lián)的1MB 存儲(chǔ)區(qū)域的映射。粗糙第二級(jí)表較小，每個(gè)表1KB，每個(gè)精細(xì)第二級(jí)表4KB。然而粗糙第二級(jí)表只能映射大頁和小頁，精細(xì)第二級(jí)表可以映射大頁、小頁和微頁。
節(jié)描述符和轉(zhuǎn)換節(jié)參考
l???????? 如果第一級(jí)描述符是節(jié)描述符，那么各個(gè)字段有如下的意義：
Bits[1:0] 描述符類型標(biāo)識(shí)（0b10 表示節(jié)描述符）
Bits[3:2] 高速緩存和緩沖位
Bits[4] 由具體實(shí)現(xiàn)定義
Bits[8:5] 這個(gè)描述符控制的節(jié)的16 種域之一
Bits[9] 現(xiàn)在沒有使用，應(yīng)該為零
Bits[11:10] 訪問控制，見表3-3
Bits[19:12] 現(xiàn)在沒有使用，應(yīng)該為零
Bits[31:20] 節(jié)基址，形成物理地址的高12 位

文章出處：http://www.diybl.com/course/6_system/linux/Linuxjs/2008611/124749.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的MMU存储管理的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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