如今，已經(jīng)是到了main的世界了。下面就要來體驗ARM11的MMU，這個東西在STM32中是沒有的。之前在核心初始化過程中，是將MMU功能給關(guān)閉的。那是因為那個時候，操作的都是物理地址，所以需要將MMU關(guān)閉。

 MMU，內(nèi)存管理單元。主要是有兩個作用：

1、  將虛擬地址轉(zhuǎn)化為物理地址

2、  內(nèi)存的訪問權(quán)限管理

上面這個圖就說明了MMU的作用。

有三個任務(wù)在運行，運行的地址都是0x400000，如果不進行處理，這肯定是不行的。所以加入了MMU，MMU其實就是一個頁表。將虛擬地址通過查表的方式，對應(yīng)到物理地址去。雖然三個任務(wù)的運行地址都是0x400000，但是這個地址是虛擬地址，在頁表中，將每個任務(wù)的虛擬地址對應(yīng)到不同的物理地址，這樣，就實現(xiàn)了各個任務(wù)雖然是同一個虛擬地址，但是在不同的物理地址中運行。

所以要使用MMU，就首先要建立這個頁表，這個頁表是誰建立的，就是我們自己建立的。建立虛擬內(nèi)存對應(yīng)的物理內(nèi)存的頁表，這樣，MMU才能從頁表中去找到虛擬地址對應(yīng)的物理地址。

MMU有一級轉(zhuǎn)換和二級轉(zhuǎn)換，其實就是查幾次表。對于一級轉(zhuǎn)換，就是只查一次頁表，就確定了物理地址。這個在S3C6410中，方式是段映射。對于二級轉(zhuǎn)換，就要查兩次頁表或者三次，才能確定物理地址，這個在S3C6410中。有兩種方式，一種細(xì)頁方式，一種粗頁方式。這兩種的區(qū)別就是每一頁對應(yīng)的大小不一樣而已。

上圖是一級轉(zhuǎn)換描述符。通過虛擬地址的[31:20]，找到對應(yīng)的轉(zhuǎn)換描述符，這個轉(zhuǎn)換描述符其實就是一個存在ram中的32位的一個數(shù)據(jù)。通過判斷這個描述符的最后兩位，判斷是什么轉(zhuǎn)換。如果是段轉(zhuǎn)換，就按照段轉(zhuǎn)換的格式去轉(zhuǎn)化物理地址。如果是頁轉(zhuǎn)換，就在去找第二級的頁表，然后再按照二級頁表的格式去轉(zhuǎn)化物理地址。

首先看下一級轉(zhuǎn)換頁表的段轉(zhuǎn)換。

一級頁表總包含4096個轉(zhuǎn)換描述符。因為是通過虛擬地址的31:20位尋址的。12位能夠表示的數(shù)最大是4096，所以說一級頁表總共有4096個轉(zhuǎn)換符。頁表的首地址就是TTB，這個地址是很重要的，因為有了這個地址才能知道頁表是存在什么地方的，才能通過偏移找到對應(yīng)的描述符。所以，是有一個寄存器來保存這個地址的，這個寄存器就在CP15的c2寄存器。

通過虛擬地址的高12位偏移，找到頁表中的對應(yīng)描述符，判斷描述符的最后兩位，確定是什么轉(zhuǎn)換。10的話就表示是段轉(zhuǎn)換。

判斷是段轉(zhuǎn)換后，將描述符的高12位取出，這個就是物理的基地址，在和虛擬地址的后20位拼接，就得到對應(yīng)的物理地址。

對于段轉(zhuǎn)換，每一個段代表物理的1MB地址。為什么是1MB了。因為總共是有4096個描述符，而ARM11是32位的，所以能夠表示的空間是4G，這樣除下來，不就每一段就表示1MB空間了。

二級轉(zhuǎn)換的原理也是一樣的。只不過需要多查幾次表。這里就大致畫個細(xì)頁的轉(zhuǎn)換圖。

就是通過不斷的查表，然后得到物理地址。

目前學(xué)習(xí)是基于段轉(zhuǎn)換的學(xué)習(xí)，所以下面就說下段轉(zhuǎn)換。先來看看一級頁表描述符。

最后兩位來表示是什么轉(zhuǎn)換。10是段轉(zhuǎn)換。

B：表示是否使能write buffer

C:  表示是否開啟cache

XN：

Domain: 用來說明該段屬于哪一個域，ARM11共有16個域，每個域可以設(shè)定不同的權(quán)限。將段分配到某個域，就使這段的權(quán)限和設(shè)定的域權(quán)限一樣。

P：表示段區(qū)間有ECC，ARM11不支持，所以這一位為0.

AP：訪問權(quán)限，這個配合域，說明該段地址的訪問權(quán)限。

TEX：這個目前不是很清楚作用。

APX: 提供額外的訪問權(quán)限。

S: 表示區(qū)域是否共享。0不共享，1共享。這個手冊上說，是為了多核使用的。目前用不到，設(shè)置為0.

nG:

NS:

Section base address：這個就是段的物理地址的高12位。

下圖是訪問權(quán)限

為了讓空間能夠讀寫，所以APX和AP[1:0]的值設(shè)置為011.

這里設(shè)置的訪問權(quán)限，還要配合設(shè)置的域。ARM11支持16個域，由CP15的C3來設(shè)置。在ARM11核手冊195頁，有說明：

寄存器的每兩個位對應(yīng)一個區(qū)域，設(shè)置不同的值，對訪問權(quán)限也不一樣。設(shè)置為00或10的話，以訪問就產(chǎn)生異常，01的話，需要檢查MMU中設(shè)置的權(quán)限。設(shè)置為11，就是不進行訪問權(quán)限的判斷。都認(rèn)為是可以訪問的。

這里為了簡單，通通設(shè)置為11。所以這個寄存器的值就是0xffffffff。

下面就要進行程序的設(shè)計了。

第一步，就是建立頁表。都使用段映射的方式，那么就要將段映射的描述符寫入到相應(yīng)的內(nèi)存中去。

首先將頁表放在ddr的第一個位置，也就是0x50000000。所以需要將這個地址寫入到TTB中。

這次就通過虛擬地址實現(xiàn)燈閃爍，所以需要建立GPIO寄存器的虛擬地址到物理地址映射。

其次，開啟MMU后，使用的就是虛擬地址了，所以還要建立程序段的頁表，不然一旦開啟MMU，CPU去取指令，這個時候發(fā)出的就是虛擬地址，但是又沒有建立虛擬地址到物理地址的映射表。這樣的話，就取不到指令了，程序就崩潰了。所以還需要對代碼區(qū)建立映射頁表。代碼區(qū)的映射就是將虛擬地址直接轉(zhuǎn)換為物理地址使用。

先確定使用GPIO的兩個寄存器地址

就更改前面8位的值。下面就要將這個地址給映射到0x7F000000區(qū)域去。

代碼也是比較簡單的。首先申明一個ttb指針，這個指針就指向一級表的基地址，也就是ddr的首地址，0x50000000。然后再申明兩個變量，一個表示虛擬地址，一個表示物理地址。

根據(jù)前面的一級段描述符格式，往對應(yīng)的內(nèi)存單元寫入數(shù)據(jù)即可。段描述符的高12位是物理地址的高12位，所以首先有一個物理地址和0xFFF00000與的操作，將物理地址的高12位寫入到段描述符中。

后面的位就進行相應(yīng)的配置即可。看看這個定義的宏。

設(shè)置為訪問權(quán)限是11，也就是不進行訪問權(quán)限的檢查。將域設(shè)置為0。CACHE和write BUFFER都給關(guān)掉。因為這只是對一個寄存器的操作，沒有必要使用CACHE和write BUFFER。

這里用宏定義的話，程序的易讀性好好得多，當(dāng)然也可以直接給這個描述符賦值，不用這種宏定義的方式，但是這樣程序易讀性就差了，因為要去查手冊才能知道你賦這個值有什么用。

這里使用*(ttb + (vaddr >> 20))來對對應(yīng)的頁描述符進行賦值。在一級頁表中，是通過虛擬地址的高12位來決定偏移是多少。高12位也就是位移20位，所以這里就是加上虛擬地址右移20位的值，也就是取出高12位的值。注意，這里是指針操作，假設(shè)這個時候虛擬地址的高12位值是5，那么寫的地址不是0x50000005，而是0x50000014。因為指針的數(shù)據(jù)類型是long型，4個字節(jié)，所以加1，地址就會加4，加5，地址就會加5*4=20。

這樣，就建立好了GPIO的頁表。訪問虛擬地址0xc7000000，也就是訪問物理地址0x7f000000。整個段空間是1Mb。

接著就要建立代碼區(qū)的頁表。

這個時候，代碼已經(jīng)是在內(nèi)存中運行的了。所以，直接將內(nèi)存的所有地址空間進行映射，空間是64MB大小。

這里使用的宏

其實就是多一個開啟CACHE和WRITE BUFFER。

內(nèi)存映射是映射一片區(qū)域，從0x50000000地址開始到0x54000000這64M的虛擬地址給映射到0x50000000地址開始到0x54000000這64M物理地址上去。這樣，即使使用虛擬地址去取ddr中數(shù)據(jù)，也是能夠取到的。

因為一個段是映射的1MB空間，所以總共需要64個段，十六進制也就是0x40。所以在while里面判斷是虛擬地址要小于0x54000000。再者，每一個段表示1MB空間，所以虛擬地址和物理地址都要加1MB。也就是0x100000。

這樣，就將頁表給建立好了。如果還需要使用其他地址區(qū)域，就都得為這些區(qū)域建立映射表。

下面就要來開啟MMU了。

之前說過，有一個TTB是很重要的，保存的是一級頁表的首地址。首先就應(yīng)該先要設(shè)置這個TTB。往CP15的C2寄存器里面寫入這個值就好了，因為這個寄存器就是保存的TTB。

然后是設(shè)置域的權(quán)限，將域的權(quán)限設(shè)置為11，不進行訪問權(quán)限檢查。設(shè)置CP15的c3寄存器。

最后打開MMU。設(shè)置CP15的c1寄存器組的c0。

是對CP15進行操作，用C語言是實現(xiàn)不了的，使用嵌入?yún)R編。

這樣，就設(shè)置好了MMU，并打開了MMU。之后使用的地址都是虛擬地址了。而且該虛擬地址必須是要在頁表中建立的，不然的話，就會產(chǎn)生異常。

后面使用虛擬地址來讓燈閃爍。

代碼和之前代碼一樣，不過只是地址變量，寄存器使用的地址是虛擬地址了，也不是物理地址了。

總結(jié)一下，MMU的作用其實就是地址的轉(zhuǎn)換，將虛擬地址轉(zhuǎn)換為物理地址。不過在bootloader開發(fā)階段，這個MMU是不使用的。因為在這階段，要配置大量的寄存器來對硬件進行一些初始化，如果使用MMU的話，就要對這些寄存器的地址都要建立頁表，使CPU能夠訪問到。這就比較麻煩了。不過在跑操作系統(tǒng)的時候，這個又是很需要的。這讓內(nèi)存管理變得方便。進程都使用虛擬地址，操作系統(tǒng)對這些虛擬地址進行映射到具體的物理地址上去，就感覺每個進程都是可以訪問到4G空間的。

對比STM32：

STM32沒有MMU，只有MPU，對內(nèi)存保護。相當(dāng)于實現(xiàn)了MMU的一半功能。