ARM存储管理系统MMU

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关操作。它是一个只写的寄存器。

MCR p15，0，Rd，c8，CRm，opcode_2

Rd中为要写入C8寄存器的内容，CRm和opcode_2的不同组合决定指令执行的不同操作。

2、存储访问过程

a、使能MMU时的存储访问过程。

当ARM处理器请求存储访问时，首先在TLB中查找虚拟地址。如果系统中数据TLB和指令TLB是分开的，在取指令时，从指令TLB查找相应的虚拟地址，对于其他内存访问操作，从数据TLB中查找相应的虚拟地址。

如果虚拟地址对应的地址变换条目不在TLB中，CPU从位于内存的页表中查询，并把相应的结果添加到TLB中。如果TLB已经满了，还需要根据一定的淘汰算法进行替换。这样，当CPU下一次又需要该地址变换条目时，可以从TLB中直接得到，从而使地址变换的速度大大加快。

当得到了需要的地址变化条目以后，将进行以下操作

（1）得到该虚拟地址对应的物理地址

（2）根据条目中的C(cache)控制位和B(Bufferable)控制位决定是否缓存该内存访问的结果

（3）根据存取权限控制位和域访问控制位确定该内存访问是否被允许。如果该内存访问不被允许，CP15向ARM处理器报告存储访问中止。

（4）对于不允许缓存的存储访问，使用步骤（1）中得到的物理地址访问内存。对于允许缓存的存储访问，如果在cache命中，则忽略物理地址；如果cache没有命中，使用步骤（1）中得到的物理地址访问内存，并把该块数据读取到cache中。

b、禁止MMU时存储访问过程

禁止MMU时，是否支持cache和write buffer由各个具体芯片的设计确定。如果芯片规定禁止MMU时禁止cache和write buffer，则存储访问将不考虑C、B控制位。如果芯片规定当禁止MMU时可以使能cache和write buffer，则数据访问时，C=0，B=0;指令读取时，如果使用分开的TLB则C=1，如果使用统一的TLB则C=0;
存储访问不进行权限控制，MMU也不会产生存储访问中止信号
所有的物理地址和虚拟地址相等，即使用平板模式

c、禁止/使能MMU时应注意的问题

在使能MMU之前，要在内存中建立页号表，同时CP15中的各相关寄存器必须完成初始化。
如果使用的不是平板存储模式（物理地址和虚拟地址相等），在禁止/使能MMU时，虚拟地址和物理地址的对应关系会发生改变，这时应该清除cache中的当前地址变换条目
如果完成禁止/使能MMU的代码的物理地址和虚拟地址不相同，则禁止/使能MMU时会造成很大麻烦，因此强烈建议完成禁止/使能 MMU的代码的物理地址和虚拟地址最好相同

3、MMU中的地址变换过程

在ARM中，虚拟地址到物理地址的映射有两种方式，一级映射和二级映射。

a、一级映射

当使用一级映射时，只会用到一张页表，我们将它称为一级页表，用L1表示。一级映射时，虚拟空间被划分成段的单位，每段的大小为1M。而相应的物理空间也被进行这样的划分，单位是段框，段和段框的大小必须相同。

于是，首先在内存中建立一张页表（这个页表由我们自己建立），页表中的每一项存放的是一个物理段基地址，该页的访问权限和缓冲特性等。页表中每一项的大小为4字节，所以每一项的地址是字对齐。我们将页表中的每一格称为一个项。

　　因为ARM的可寻址范围为4G，且虚拟空间的每段大小为1M，所以如图所示，页表有4096个项。每一项对应一个段，每一项中存放的是一个物理段基地址，该页的访问权限和缓冲特性等。

虚拟地址被MMU分为两部分，第一部分为页索引号（bits[31:20]），第二部分是相对物理地址的偏移量(bits[0:19])。

　所以当访问一个地址时，此地址是虚拟地址。MMU会用协处理器CP15的C2寄存器中的页表基地址+页索引号便查到了页表中对应的一项，从页表中相应的项中找到物理段基地址，然后：物理段基地址　+ 偏移量（这个是虚拟地址的第二部分） = 物理地址。

注：虚拟空间并不真实存在，只是为方便理解才这么说。

例：

CPU要访问0x300008的地址，此地址为虚拟地址。MMU会根据页索引号（也就是0x3）找到相对页表基地址偏移量为0x3的项。这个项中的物理段基地址为0x006。

物理地址　＝　（0x006<20）＋0x8＝0x600008　

一级页表中一项的详细内容如下表所示：

段基地址：也就是物理

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