ARM9學習筆記之 MMU

我記得有一次我去應聘arm-linux軟體工程師。結果被問到arm中的虛擬記憶體是怎麼管理的。由於我只對x86平台下的mmu了解，所以我被問倒了。原來我所學的只是皮毛。還有很多東西值得我去深入。要做arm-linux下的驅動，熟悉虛擬記憶體應該是必須的。

arm9中的虛擬記憶體是怎麼實現的呢？以下是我的學習總結。

arm920t核是通過cp15來實現mmu機制的。

1. 關於位址

1）va，是程式中的邏輯位址，0x00000000~0xffffffff。

2）mva，由於多個程序執行，邏輯位址會重合。所以，跟據程序號將邏輯位址分布到整個記憶體中。mva = (pid << 25)  | va

3）pa，mva通過mmu轉換後的位址。

由2可知，位址位共32位，pid佔7位，所以最多只能有 128 個程序。而每個程序可訪問的位址位為25位，故只能分到 32mb 的位址空間。（注：不是物理記憶體空間）

pid是存放在cp15協處理器的c13暫存器的高7位。

2. 關於虛擬記憶體轉換

cp15從c2中獲得頁基址（ttb）。將 mva 的高12位作為頁表索引值。獲得頁表項：ttb [ mva >> 20 ]。注意：頁表項是32位的。

從上可知，乙個頁表最多有4096個頁表項，也就是4k。那麼，每個頁表項可以表示1mb的位址空間。

得來的項表項分三種：

1）段頁描述符，直接指向1mb的記憶體空間。

2）粗頁描述符，有256個二級頁表項，每個二級頁表項指向4kb的記憶體空間。

3）細頁描述符，有1024個二級頁表項，每個二級頁表項指向1kb的記憶體空間。

## 粗頁描述符中存放的是粗頁表二級表的基址。 將mva的[19~12]位用來進行二級頁表查尋。粗頁表二級表分兩種：

1）大頁描述符，乙個描述符可以對應64kb的記憶體位址，但16個二級描述符對應同一塊記憶體。

2）小頁描述符，乙個描述符只對應4kb的記憶體位址，每個二級描述符只對應一塊記憶體。

## 細頁描述符中存放的是細頁表二級表的基址。將mva的[19~10]，共計10位用於進行二級頁表索引。二級頁表共1024個描述符。剩下的10位作為基址，可訪問空間為1024b。

如下是記憶體轉換圖：

思考：

通過上面的學習，了解到arm將4gb的位址訪問空間分成128個32mb，每份供乙個程序使用。如此以來，乙個程序的位址訪問空間只有32mb。如程序1的位址空間為［0x02000000~0x03ffffff］。如果超出這個範圍，位址訪問就是非法的。

那arm9在設計cp15時為什麼不為每乙個程序指定乙個單獨的頁表。這樣以來，每個程序就可以獨地擁有4gb的位址空間。

如此以來，程序數就不再受限於128個，可以多達1024個程序。而每乙個程序的虛擬位址的空間可以擴充套件到4gb。

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