ARM9学习笔记之——MMU

我记得有一次我去应聘ARM-Linux软件工程师。结果被问到ARM中的虚拟内存是怎么管理的。由于我只对X86平台下的MMU了解，所以我被问倒了。原来我所学的只是皮毛。还有很多东西值得我去深入。要做ARM-Linux下的驱动，熟悉虚拟内存应该是必须的。

ARM9中的虚拟内存是怎么实现的呢？以下是我的学习总结。

ARM920T核是通过CP15来实现MMU机制的。

1. 关于地址

要知道虚拟内存机制必须了解ARM9中的3种地址：VA（虚地址），MVA（修正后虚地址），PA（物理地址）

1）VA，是程序中的逻辑地址，0x00000000~0xFFFFFFFF。

2）MVA，由于多个进程执行，逻辑地址会重合。所以，跟据进程号将逻辑地址分布到整个内存中。MVA = (PID < 25) | VA

3）PA，MVA通过MMU转换后的地址。

由2可知，地址位共32位，PID占7位，所以最多只能有 128 个进程。而每个进程可访问的地址位为25位，故只能分到 32MB 的地址空间。（注：不是物理内存空间）

PID是存放在CP15协处理器的C13寄存器的高7位。

2. 关于虚拟内存转换

CP15从C2中获得页基址（TTB）。将 MVA 的高12位作为页表索引值。获得页表项：TTB [ MVA >> 20 ]。注意：页表项是32位的。

从上可知，一个页表最多有4096个页表项，也就是4K。那么，每个页表项可以表示1MB的地址空间。

得来的项表项分三种：

1）段页描述符，直接指向1MB的内存空间。

2）粗页描述符，有256个二级页表项，每个二级页表项指向4KB的内存空间。

3）细页描述符，有1024个二级页表项，每个二级页表项指向1KB的内存空间。

## 粗页描述符中存放的是粗页表二级表的基址。将MVA的[19~12]位用来进行二级页表查寻。粗页表二级表分两种：

1）大页描述符，一个描述符可以对应64KB的内存地址，但16个二级描述符对应同一块内存。

2）小页描述符，一个描述符只对应4KB的内存地址，每个二级描述符只对应一块内存。

## 细页描述符中存放的是细页表二级表的基址。将MVA的[19~10]，共计10位用于进行二级页表索引。二级页表共1024个描述符。剩下的10位作为基址，可访问空间为1024B。

如下是内存转换图：

思考：

通过上面的学习，了解到ARM将4GB的地址访问空间分成128个32MB，每份供一个进程使用。如此以来，一个进程的地址访问空间只有32MB。如进程1的地址空间为［0x02000000~0x03FFFFFF］。如果超出这个范围，地址访问就是非法的。

那ARM9在设计CP15时为什么不为每一个进程指定一个单独的页表。这样以来，每个进程就可以独地拥有4GB的地址空间。

如此以来，进程数就不再受限于128个，可以多达1024个进程。而每一个进程的虚拟地址的空间可以扩展到4GB。