《嵌入式Linux应用完全开发手册》之 MMU 实验

jj 2011-06-01

内存管理单元（MMU），它负责虚拟地址到物理地址的映射，并提供硬件机制的内存访问权限检查。现代的多用用户多进程操作系统通过MMU使得各个用户进程都拥有自己独立的地址空间：地址映射功能使得各进程拥有“看起来"一样的地址空间，而内存访问权限的检查可以保护每个进程所用的内存不被其他进程破坏。

源码：

head.s

  1. @*************************************************************************   
  2. @ File：head.S   
  3. @ 功能：设置SDRAM，将第二部分代码复制到SDRAM，设置页表，启动MMU，   
  4. @       然后跳到SDRAM继续执行   
  5. @*************************************************************************          
  6. .text   
  7. .global _start   
  8. _start:   
  9.     ldr sp, =4096                       @ 设置栈指针，以下都是C函数，调用前需要设好栈   
  10.     bl  disable_watch_dog               @ 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启   
  11.     bl  memsetup                        @ 设置存储控制器以使用SDRAM   
  12.     bl  copy_2th_to_sdram               @ 将第二部分代码复制到SDRAM   
  13.     bl  create_page_table               @ 设置页表   
  14.     bl  mmu_init                        @ 启动MMU   
  15.     ldr sp, =0xB4000000                 @ 重设栈指针，指向SDRAM顶端(使用虚拟地址)   
  16.     ldr pc, =0xB0004000                 @ 跳到SDRAM中继续执行第二部分代码   
  17. halt_loop:   
  18.     b   halt_loop  

init.c

  1. /*  
  2.  * init.c: 进行一些初始化，在Steppingstone中运行  
  3.  * 它和head.S同属第一部分程序，此时MMU未开启，使用物理地址  
  4.  */    
  5. /* WATCHDOG寄存器 */  
  6. #define WTCON           (*(volatile unsigned long *)0x53000000)   
  7. /* 存储控制器的寄存器起始地址 */  
  8. #define MEM_CTL_BASE    0x48000000   
  9.   
  10. /*  
  11.  * 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启  
  12.  */  
  13. void disable_watch_dog(void)   
  14. {   
  15.     WTCON = 0;  // 关闭WATCHDOG很简单，往这个寄存器写0即可   
  16. }   
  17. /*  
  18.  * 设置存储控制器以使用SDRAM  
  19.  */  
  20. void memsetup(void)   
  21. {   
  22.     /* SDRAM 13个寄存器的值 */  
  23.     unsigned long  const    mem_cfg_val[]={ 0x22011110,     //BWSCON   
  24.                                             0x00000700,     //BANKCON0   
  25.                                             0x00000700,     //BANKCON1   
  26.                                             0x00000700,     //BANKCON2   
  27.                                             0x00000700,     //BANKCON3     
  28.                                             0x00000700,     //BANKCON4   
  29.                                             0x00000700,     //BANKCON5   
  30.                                             0x00018005,     //BANKCON6   
  31.                                             0x00018005,     //BANKCON7   
  32.                                             0x008C07A3,     //REFRESH   
  33.                                             0x000000B1,     //BANKSIZE   
  34.                                             0x00000030,     //MRSRB6   
  35.                                             0x00000030,     //MRSRB7   
  36.                                     };   
  37.     int     i = 0;   
  38.     volatile unsigned long *p = (volatile unsigned long *)MEM_CTL_BASE;   
  39.     for(; i < 13; i++)   
  40.         p[i] = mem_cfg_val[i];   
  41. }   
  42. /*  
  43.  * 将第二部分代码复制到SDRAM  
  44.  */  
  45. void copy_2th_to_sdram(void)   
  46. {   
  47.     unsigned int *pdwSrc  = (unsigned int *)2048;   
  48.     unsigned int *pdwDest = (unsigned int *)0x30004000;   
  49.        
  50.     while (pdwSrc < (unsigned int *)4096)   
  51.     {   
  52.         *pdwDest = *pdwSrc;   
  53.         pdwDest++;   
  54.         pdwSrc++;   
  55.     }   
  56. }   
  57. /*  
  58.  * 设置页表  
  59.  */  
  60. void create_page_table(void)   
  61. {   
  62. /*   
  63.  * 用于段描述符的一些宏定义  
  64.  */    
  65. #define MMU_FULL_ACCESS     (3 << 10)   /* 访问权限 */   
  66. #define MMU_DOMAIN          (0 << 5)    /* 属于哪个域 */   
  67. #define MMU_SPECIAL         (1 << 4)    /* 必须是1 */   
  68. #define MMU_CACHEABLE       (1 << 3)    /* cacheable */   
  69. #define MMU_BUFFERABLE      (1 << 2)    /* bufferable */   
  70. #define MMU_SECTION         (2)         /* 表示这是段描述符 */   
  71. #define MMU_SECDESC         (MMU_FULL_ACCESS | MMU_DOMAIN | MMU_SPECIAL | \   
  72.                              MMU_SECTION)   
  73. #define MMU_SECDESC_WB      (MMU_FULL_ACCESS | MMU_DOMAIN | MMU_SPECIAL | \   
  74.                              MMU_CACHEABLE | MMU_BUFFERABLE | MMU_SECTION)   
  75. #define MMU_SECTION_SIZE    0x00100000   
  76.     unsigned long virtuladdr, physicaladdr;   
  77.     unsigned long *mmu_tlb_base = (unsigned long *)0x30000000;   
  78.        
  79.     /*  
  80.      * Steppingstone的起始物理地址为0，第一部分程序的起始运行地址也是0，  
  81.      * 为了在开启MMU后仍能运行第一部分的程序，  
  82.      * 将0～1M的虚拟地址映射到同样的物理地址  
  83.      */  
  84.     virtuladdr = 0;   
  85.     physicaladdr = 0;   
  86.     *(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | \   
  87.                                             MMU_SECDESC_WB;   
  88.     /*  
  89.      * 0x56000000是GPIO寄存器的起始物理地址，  
  90.      * GPBCON和GPBDAT这两个寄存器的物理地址0x56000050、0x56000054，  
  91.      * 为了在第二部分程序中能以地址0xA0000050、0xA0000054来操作GPFCON、GPFDAT，  
  92.      * 把从0xA0000000开始的1M虚拟地址空间映射到从0x56000000开始的1M物理地址空间  
  93.      */  
  94.     virtuladdr = 0xA0000000;   
  95.     physicaladdr = 0x56000000;   
  96.     *(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | \   
  97.                                             MMU_SECDESC;   
  98.     /*  
  99.      * SDRAM的物理地址范围是0x30000000～0x33FFFFFF，  
  100.      * 将虚拟地址0xB0000000～0xB3FFFFFF映射到物理地址0x30000000～0x33FFFFFF上，  
  101.      * 总共64M，涉及64个段描述符  
  102.      */  
  103.     virtuladdr = 0xB0000000;   
  104.     physicaladdr = 0x30000000;   
  105.     while (virtuladdr < 0xB4000000)   
  106.     {   
  107.         *(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | \   
  108.                                                 MMU_SECDESC_WB;   
  109.         virtuladdr += 0x100000;   
  110.         physicaladdr += 0x100000;   
  111.     }   
  112. }   
  113. /*  
  114.  * 启动MMU  
  115.  */  
  116. void mmu_init(void)   
  117. {   
  118.     unsigned long ttb = 0x30000000;   
  119. __asm__(   
  120.     "mov    r0, #0\n"  
  121.     "mcr    p15, 0, r0, c7, c7, 0\n"    /* 使无效ICaches和DCaches */  
  122.        
  123.     "mcr    p15, 0, r0, c7, c10, 4\n"   /* drain write buffer on v4 */  
  124.     "mcr    p15, 0, r0, c8, c7, 0\n"    /* 使无效指令、数据TLB */  
  125.        
  126.     "mov    r4, %0\n"                   /* r4 = 页表基址 */  
  127.     "mcr    p15, 0, r4, c2, c0, 0\n"    /* 设置页表基址寄存器 */  
  128.        
  129.     "mvn    r0, #0\n"                      
  130.     "mcr    p15, 0, r0, c3, c0, 0\n"    /* 域访问控制寄存器设为0xFFFFFFFF，  
  131.                                          * 不进行权限检查   
  132.                                          */       
  133.     /*   
  134.      * 对于控制寄存器，先读出其值，在这基础上修改感兴趣的位，  
  135.      * 然后再写入  
  136.      */  
  137.     "mrc    p15, 0, r0, c1, c0, 0\n"    /* 读出控制寄存器的值 */  
  138.        
  139.     /* 控制寄存器的低16位含义为：.RVI ..RS B... .CAM  
  140.      * R : 表示换出Cache中的条目时使用的算法，  
  141.      *     0 = Random replacement；1 = Round robin replacement  
  142.      * V : 表示异常向量表所在的位置，  
  143.      *     0 = Low addresses = 0x00000000；1 = High addresses = 0xFFFF0000  
  144.      * I : 0 = 关闭ICaches；1 = 开启ICaches  
  145.      * R、S : 用来与页表中的描述符一起确定内存的访问权限  
  146.      * B : 0 = CPU为小字节序；1 = CPU为大字节序  
  147.      * C : 0 = 关闭DCaches；1 = 开启DCaches  
  148.      * A : 0 = 数据访问时不进行地址对齐检查；1 = 数据访问时进行地址对齐检查  
  149.      * M : 0 = 关闭MMU；1 = 开启MMU  
  150.      */  
  151.        
  152.     /*    
  153.      * 先清除不需要的位，往下若需要则重新设置它们      
  154.      */  
  155.                                         /* .RVI ..RS B... .CAM */    
  156.     "bic    r0, r0, #0x3000\n"          /* ..11 .... .... .... 清除V、I位 */  
  157.     "bic    r0, r0, #0x0300\n"          /* .... ..11 .... .... 清除R、S位 */  
  158.     "bic    r0, r0, #0x0087\n"          /* .... .... 1... .111 清除B/C/A/M */  
  159.     /*  
  160.      * 设置需要的位  
  161.      */  
  162.     "orr    r0, r0, #0x0002\n"          /* .... .... .... ..1. 开启对齐检查 */  
  163.     "orr    r0, r0, #0x0004\n"          /* .... .... .... .1.. 开启DCaches */  
  164.     "orr    r0, r0, #0x1000\n"          /* ...1 .... .... .... 开启ICaches */  
  165.     "orr    r0, r0, #0x0001\n"          /* .... .... .... ...1 使能MMU */  
  166.        
  167.     "mcr    p15, 0, r0, c1, c0, 0\n"    /* 将修改的值写入控制寄存器 */  
  168.     : /* 无输出 */  
  169.     : "r" (ttb) );   
  170. }   
jj

jj

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