ARMLinux的TLB miss處理過(guò)程

默認(rèn)情況下，發(fā)生TLB miss后，hardware page table walk自動(dòng)啟動(dòng)開(kāi)始掃描內(nèi)存中的pagetable，若找到相應(yīng)PTE（page table entry），則自動(dòng)完成TLB entry的重填工作；如果找不到，則發(fā)出一個(gè)page fault異常，然后OS接管處理page fault。內(nèi)核中有do_page_fault函數(shù)，該函數(shù)從硬盤(pán)中調(diào)換頁(yè)面進(jìn)內(nèi)存，更新頁(yè)表，然后重新執(zhí)行發(fā)生TLB miss的那條指令，hardware page table walk重新執(zhí)行，完成TLB重填的工作。

這里關(guān)心的是關(guān)閉hardware pagetable walk后，再發(fā)生TLB miss后的處理例程。如果發(fā)生這種情況，ARM CPU會(huì)發(fā)出一個(gè)translation fault（If translation table walksare disabled, for example, PD0 or EPD0 is set to 1 for TTBR0, or PD1 or EPD1 isset to 1 for TTBR1, the processor returns a Translation fault.見(jiàn)cortex-A15TRM p 5-5）。OS處理該異常的流程如下。

首先發(fā)生translation fault后，CPU會(huì)發(fā)出一個(gè)abort異常，然后跳轉(zhuǎn)到該異常地址處（以發(fā)生指令預(yù)取中止異常為例，跳轉(zhuǎn)到0x00000010）去執(zhí)行，該地址處存放的是一個(gè)跳轉(zhuǎn)指令 （W(b) vector_pabt +stubs_offset），然后，通過(guò)判斷，若發(fā)生該異常的指令處于usr模式，則跳轉(zhuǎn)到__pabt_usr函數(shù)去執(zhí)行，該函數(shù)中有條跳轉(zhuǎn)指令bl CPU_PABORT_HANDLER，CPU_PABORT_HANDLER是個(gè)宏定義，對(duì)于ARMv7，該定義是：# define CPU_PABORT_HANDLER v7_pabort，

v7_pabort函數(shù)中就讀取了IFSR和IFAR兩個(gè)寄存器的值：

//pabort-v7.S

/*

*Function: v6_pabort

*

*Params : r0 = address of aborted instruction

*

*Returns : r0 = address of abort

* : r1 = IFSR

*

*Purpose : obtain information about current prefetch abort.

*/

.align 5

ENTRY(v7_pabort)

mrc p15,0, r0, c6, c0, 2 @ get IFAR

mrc p15,0, r1, c5, c0, 1 @ get IFSR

mov pc,lr

ENDPROC(v7_pabort)

IFAR中存儲(chǔ)了發(fā)生異常的指令地址，IFSR中存儲(chǔ)的是一個(gè)32位數(shù)，其中某些位表明異常類型等（參考Cortex-A15TRM p4-76）

剩余的工作就是根據(jù)以上兩個(gè)寄存器提取出來(lái)的信息，調(diào)用相應(yīng)函數(shù)（do_PrefetchAbort——>do_translation_fault）進(jìn)行處理。OS接管后的操作是（do_translation_fault函數(shù)），首先判斷發(fā)生TLBmiss的那條指令是用戶指令還是系統(tǒng)指令，如果是系統(tǒng)指令則剩余工作是對(duì)頁(yè)全局目錄（pgd）,頁(yè)上級(jí)目錄（pud），頁(yè)中間目錄（pmd）進(jìn)行操作；如果是用戶指令，則調(diào)用do_page_fault函數(shù)，剩下的工作就是page fault的處理過(guò)程，根據(jù)不同情況判斷，包括權(quán)限檢查，分配頁(yè)面，發(fā)送SIGSEGV信號(hào)給進(jìn)程，直接殺死進(jìn)程等。不管哪種操作，OS都沒(méi)有對(duì)TLB進(jìn)行重填。

對(duì)于page fault的處理過(guò)程如下：在取數(shù)或者取指令時(shí)，發(fā)生指令或者數(shù)據(jù)的地址不存在的情況，則發(fā)生中止異常。

以取指發(fā)生異常為例。發(fā)生指令預(yù)取中止異常后，CPU自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到0x0000000C（可配置成0xfffffffc，這里不考慮）去執(zhí)行，該地址處是一個(gè)跳轉(zhuǎn)指令（W(b) vector_pabt + stubs_offset），然后，通過(guò)判斷，若發(fā)生該異常的指令處于usr模式，則跳轉(zhuǎn)到__pabt_usr函數(shù)去執(zhí)行，該函數(shù)中有條跳轉(zhuǎn)指令bl CPU_PABORT_HANDLER，CPU_PABORT_HANDLER是個(gè)宏定義，對(duì)于ARMv7，該定義是：# defineCPU_PABORT_HANDLER v7_pabort，v7_pabort函數(shù)中就讀取了IFSR和IFAR兩個(gè)寄存器的值：

//pabort-v7.S

/*

* Function: v6_pabort

*

* Params : r0 = address ofaborted instruction

*

* Returns : r0 = address of abort

* : r1 = IFSR

*

* Purpose : obtain information aboutcurrent prefetch abort.

*/

.align 5

ENTRY(v7_pabort)

mrc p15, 0, r0, c6, c0, 2 @ get IFAR

mrc p15, 0, r1, c5, c0, 1 @ get IFSR

mov pc, lr

ENDPROC(v7_pabort)

IFAR中存儲(chǔ)了發(fā)生異常的指令地址，IFSR中存儲(chǔ)的是一個(gè)32位數(shù)，其中某些位表明異常類型等（參考Cortex-A15 TRM p4-76）

剩余的工作就是根據(jù)以上兩個(gè)寄存器提取出來(lái)的信息，調(diào)用相應(yīng)函數(shù)（do_PrefetchAbort——>do_page_fault）進(jìn)行處理。