FS2410 开发板上启用 MMU 实现虚拟内存管理

FS2410 开发板上的 ARM 核心为 ARM920T， ARM920T 代表着什么呢? 其实

ARM920T = ARM9 core + MMU + Cache，也就是说 ARM920T 为实现虚拟内存管理提供了硬件

条件，这个硬件条件就是 MMU -- 内存管理单元。前面的实验我们程序里的地址都是直接对应物理地

址，也就是说虚拟地址等同于物理地址，而今借助 MMU 我们可以实现虚拟内存管理，程序里面的地址

不再被直接送到地址总线，而是先通过 MMU，由 MMU 来实现虚地址到物理地址的映射。这有什么意义

呢?想象有这么两个程序，它们有相同的虚拟地址，但由于运行时其虚地址分别被映射到不同的物理地址

，所以它们各行其道、和平共处，而不会产生冲突...有了 MMU 的支持我们可以设计出高级的作业系统。

二、目的

如何启用 MMU, 并实现虚拟地址到物理地址映射正是这次实验的目的。呵呵，你也许已经迫不及待...

那现在我们就去探个究竟!

三、代码分析

程序的整个执行流程都体现在 start.S 文件里(以前不是 head.s文件吗? 呵呵，我把以前的代码进

行了重构，现在代码看上去更清析--好的架构是很重要的，更便于以后的扩充)，start.S里调用的函数有的

是在 .c 文件实现的，必要时我会做相应解释。

1 .text

2 .global _start

3 _start:

4 b reset

5 NOP

6 NOP

7 NOP

8 NOP

9 NOP

10 ldr pc, handle_irq_addr

11 NOP

12 handle_irq_addr:

13 .long handle_irq

14 reset:

15 ldr r0, =0x53000000 @ Close Watch-dog Timer

16 mov r1, #0x0

17 str r1, [r0]

18

19@ init stack

20ldr sp,=4096

21

22@ disable all interrupts

23mov r1, #0x4A000000

24mov r2, #0xffffffff

25str r2, [r1, #0x08]

26ldr r2, =0x7ff

27str r2, [r1, #0x1c]

28

29bl memory_setup @ Initialize memory setting

30bl flash_to_sdram @ Copy code to sdram

31

32ldr pc, =run_on_sdram

33 run_on_sdram:

34ldr sp, =0x33000000

35 bl init_mmu_tlb @ setup page table

36 bl init_mmu @ MMU enabled

37

38msr cpsr_c, #0xd2 @ set the irq mode stack

39ldr sp, =0x31000000

40msr cpsr_c, #0xdf @ set the system mode stack

41ldr sp, =0x32000000

42bl init_irq

43msr cpsr_c, #0x5f @ set the system mode open the irq

44

45ldr sp, =0x33000000 @ Set stack pointer

46bl main

47 loop:

48b loop

(1) 设置中断跳转指令

可以看到程序 4~13 行用来设置中断跳转指令，目前我们只实现了响应 IRQ 中断的代

码，所以在第 10 行处放了一条 ldr 加载指令，它的意思是当发生 IRQ 中断时，把

用于响应 IRQ 中断的函数 handle_irq 的地址加载进 pc 寄存器让程序跳转那里进

行相应处理

(2) 关闭看门狗，程序第 15~17 行

(3) 初始化堆栈寄存器体现在第 20 行，之所这么做因为下面会调用一些 C 函数，而 C函

数里的变量当然要保存在堆栈里了

(4) 暂时不响应所有中断: 22~27 行

(5) 第 29 行，初始化内存(内存在这里就是 SDRAM) 慢着...程序不是已经运行在内存里

了吗? 非也，准确点说是运行在 SRAM 里。ARM 启动时会将 Nand Flash(相当于硬

盘)里前 4K 代码加载进 SRAM 里并运行之。那程序大于 4K 怎么办? 呵呵，这正是

下一点要说明的

(6) 第 30 行，程序自身到内存的般移。我们的程序大于 4K, 只靠 SRAM 的那可怜的 4K

是运行不开的

(7) 第 32~33 行，跳转到 SDRAM 里执行。我们的代码已经搬到内存了，64M 的空间够用

的了

(8) 第 34~36 行，设置页表，启用 MMU。这是今天的主角。函数

init_mmu_tlb

init_mmu

定义在 mmu.c 文件里，我们去看看这个文件里有些什么?

1 /* init MMU page table*/

2 void init_mmu_tlb() {

3 unsigned long vm_addr, idx;

4 unsigned long *tb_base = (unsigned long *)MMU_TBL_BASE;

5

6 for (vm_addr = MEM_START; vm_addr < MEM_END; vm_addr += PAGE_SIZE) {

7 idx = vm_addr >> 20;

8 /* entry: section base, AP=0b11, domain=0b00,cached,write-through*/

9 *(tb_base + idx) = vm_addr|(0x3<10)|(0<5)|(1<4)|(1<3)|0x02;

10 }

11

12 /* set IO mapped-memory addr for function register*/

13 for (vm_addr = MEM_IO_MAPPED_START; vm_addr < MEM_IO_MAPPED_END; vm_addr += PAGE_SIZE) {

14 idx = vm_addr >> 20;

15 /* entry: section base, AP=0b11, domain=0b00, NCNB*/

16 *(tb_base + idx) = vm_addr|(0x03<10)|(0<5)|(1<4)|0x02;

17 }

18

19 /*

20 * exception vectors

21 * entry: AP=0b11, domain=0b00, cached, write-through

22 */

23 *(tb_base + 0x00000000) = (0x00000000)|(0x03<10)|(0<5)|(1<4)|(1<3)|0x02;

24 *(tb_base + (0xffff0000>> 24 *(tb_base + (0xffff0000>>20))