S3C2410 MMU技術(shù)精解

假設(shè)現(xiàn)在執(zhí)行指令MOV REG, 0x30000012，虛擬地址的二進(jìn)制碼為00110000 00000000 00000000 00010010，前12位是Descriptor Index= 00110000 0000=768,故在Translation Table里面找到第768號(hào)描述符，該描述的Section Base Address="0x0300",也就是說描述符所描述的虛擬段（頁）所映射的物理段（頁框）的首地址為0x3000 0000（物理段（頁框）的基地址=Section Base Address左移20bit=0x0300<<20=0x3000 0000），而Offset=000000 00000000 00010010=0x12,故虛擬地址0x30000012映射成的物理地址=0x3000 0000+0x12=0x3000 0012（物理頁框基地址+虛擬地址中的偏移）。你可能會(huì)問怎么這個(gè)虛擬地址和映射后的物理地址一樣？這是由我們定義的映射規(guī)則所決定的。在這個(gè)例子中我們定義的映射規(guī)則是把虛擬地址映射成和他相等的物理地址。我們這樣書寫映射關(guān)系的代碼：
void mem_mapping_linear(void)
{
unsigned long descriptor_index, section_base, sdram_base, sdram_size;
sdram_base=0x30000000;
sdram_size=0x 4000000;
for (section _base= sdram_base,descriptor_index = section _base>>20;
section _base < sdram_base+ sdram_size;
descriptor_index+=1;section _base +=0x100000)
{
*(mmu_tlb_base + (descriptor_index)) = (section _base>>20) | MMU_OTHER_SECDESC;
}
}

上面的這段段代碼把虛擬空間0x3000 0000~0x33FF FFFF映射到物理空間0x3000 0000~0x33FF FFFF，由于虛擬空間與物理空間空間相吻合，所以虛擬地址與他們各自對(duì)應(yīng)的物理地址在值上是一致的。當(dāng)初始完Translation Table之后，記得要把Translation Table的首地址(第0號(hào)描述符的地址)加載進(jìn)協(xié)處理器CP15的Control Register2(2號(hào)控制寄存器)中,該控制寄存器的名稱叫做Translation table base (TTB) register。
以上討論的是descriptor中的Section Base Address以及虛擬地址和物理地址的映射關(guān)系,然而MMU還有一個(gè)重要的功能，那就是訪問控制機(jī)制(Access Permission )。
簡單說訪問控制機(jī)制就是CPU通過某種方法判斷當(dāng)前程序?qū)?nèi)存的訪問是否合法（是否有權(quán)限對(duì)該內(nèi)存進(jìn)行訪問），如果當(dāng)前的程序并沒有權(quán)限對(duì)即將訪問的內(nèi)存區(qū)域進(jìn)行操作，則CPU將引發(fā)一個(gè)異常，s3c2410稱該異常為Permission fault，x86架構(gòu)則把這種異常稱之為通用保護(hù)異常（General Protection），什么情況會(huì)引起Permission fault呢？比如處于User級(jí)別的程序要對(duì)一個(gè)System級(jí)別的內(nèi)存區(qū)域進(jìn)行寫操作，這種操作是越權(quán)的，應(yīng)該引起一個(gè)Permission fault，搞過x86架構(gòu)的朋友應(yīng)該聽過保護(hù)模式（Protection Mode）,保護(hù)模式就是基于這種思想進(jìn)行工作的，于是我們也可以這么說：s3c2410的訪問控制機(jī)制其實(shí)就是一種保護(hù)機(jī)制。那s3c2410的訪問控制機(jī)制到底是由什么元素去參與完成的呢？它們間是怎么協(xié)調(diào)工作的呢？這些元素總共有：
1．協(xié)處理器CP15中Control Register3：DOMAIN ACCESS CONTROL REGISTER
2．段描述符中的AP位和Domain位
3．協(xié)處理器CP15中Control Register1(控制寄存器1)中的S bit和R bit
4．協(xié)處理器CP15中Control Register5(控制寄存器5)
5．協(xié)處理器CP15中Control Register6(控制寄存器6)
DOMAIN ACCESS CONTROL REGISTER是訪問控制寄存器，該寄存器有效位為32，被分成16個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域由兩個(gè)位組成，他們說明了當(dāng)前內(nèi)存的訪問權(quán)限檢查的級(jí)別，如下圖所示：

每區(qū)域可以填寫的值有4個(gè)，分別為00,01,10,11(二進(jìn)制)，他們的意義如下所示：

00：當(dāng)前級(jí)別下，該內(nèi)存區(qū)域不允許被訪問，任何的訪問都會(huì)引起一個(gè)domain fault
01：當(dāng)前級(jí)別下，該內(nèi)存區(qū)域的訪問必須配合該內(nèi)存區(qū)域的段描述符中AP位進(jìn)行權(quán)檢查
10：保留狀態(tài)（我們最好不要填寫該值，以免引起不能確定的問題）
11：當(dāng)前級(jí)別下，對(duì)該內(nèi)存區(qū)域的訪問都不進(jìn)行權(quán)限檢查。
我們?cè)賮砜纯磀iscriptor中的Domain區(qū)域，該區(qū)域總共有4個(gè)bit,里面的值是對(duì)DOMAIN ACCESS CONTROL REGISTER中16個(gè)區(qū)域的索引.而AP位配合S bit和A bit對(duì)當(dāng)前描述符描述的內(nèi)存區(qū)域被訪問權(quán)限的說明,他們的配合關(guān)系如下圖所示:

AP位也是有四個(gè)值,我結(jié)合實(shí)例對(duì)其進(jìn)行說明.
在下面的例子中，我們的DOMAIN ACCESS CONTROL REGISTER都被初始化成0xFFFF BDCF,如下圖所示：

例1：
Discriptor中的domain=4,AP=10(這種情況下S bit ,A bit被忽略)
假設(shè)現(xiàn)在我要對(duì)該描述符描述的內(nèi)存區(qū)域進(jìn)行訪問：
由于domain=4,而DOMAIN ACCESS CONTROL REGISTER中field 4的值是01，系統(tǒng)會(huì)對(duì)該訪問進(jìn)行訪問權(quán)限的檢查。
假設(shè)當(dāng)前CPU處于Supervisor模式下，則程序可以對(duì)該描述符描述的內(nèi)存區(qū)域進(jìn)行讀寫操作。
假設(shè)當(dāng)前CPU處于User模式下，則程序可以對(duì)該描述符描述的內(nèi)存進(jìn)行讀訪問，若對(duì)其進(jìn)行寫操作則引起一個(gè)permission fault.

例2：
Discriptor中的domain=0,AP=10(這種情況下S bit ,A bit被忽略)
domain=0,而DOMAIN ACCESS CONTROL REGISTER中field 0的值是11，系統(tǒng)對(duì)任何內(nèi)存區(qū)域的訪問都不進(jìn)行訪問權(quán)限的檢查。
由于統(tǒng)對(duì)任何內(nèi)存區(qū)域的訪問都不進(jìn)行訪問權(quán)限的檢查，所以無論CPU處于合種模式下（Supervisor模式或是User模式），程序?qū)υ撁枋龇枋龅膬?nèi)存都可以順利地進(jìn)行讀寫操作

例3：Discriptor中的domain=4,AP=11(這種情況下S bit ,A bit被忽略)
由于domain=4,而DOMAIN ACCESS CONTROL REGISTER中field 4的值是01，系統(tǒng)會(huì)對(duì)該訪問進(jìn)行訪問權(quán)限的檢查。
由于AP=11，所以無論CPU處于合種模式下（Supervisor模式或是User模式），程序?qū)υ撁枋龇枋龅膬?nèi)存都可以順利地進(jìn)行讀寫操作

例4：
Discriptor中的domain=4,AP=00, S bit="0",A bit="0"
由于domain=4,而DOMAIN ACCESS CONTROL REGISTER中field 4的值是01，系統(tǒng)會(huì)對(duì)該訪問進(jìn)行訪問權(quán)限的檢查。
由于AP=00，S bit="0",A bit="0",所以無論CPU處于合種模式下（Supervisor模式或是User模式），程序?qū)υ撁枋龇枋龅膬?nèi)存都只能進(jìn)行讀操作，否則引起permission fault.
通過以上4個(gè)例子我們得出兩個(gè)結(jié)論：
1．對(duì)某個(gè)內(nèi)存區(qū)域的訪問是否需要進(jìn)行權(quán)限檢查是由該內(nèi)存區(qū)域的描述符中的Domain域決定的。
2．某個(gè)內(nèi)存區(qū)域的訪問權(quán)限是由該內(nèi)存區(qū)域的描述符中的AP位和協(xié)處理器CP15中Control Register1(控制寄存器1)中的S bit和R bit所決定的。