嵌入式linux学习笔记1—内存管理MMU之虚拟地址到物理地址的转化

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一.内存管理基本知识

1.S3C2440最多会用到两级页表：以段的方式进行转换时只用到一级页表，以页的方式进行转换时用到两级页表。页的大小有三种：大页（64KB），小页（4KB），极小页（1KB）。条目也称为"描述符"，有：段描述符，大页描述符，小页描述符，极小页描述符——他们保存大页，小页，极小页的起始物理地址；粗页表描述符，细页表描述符——他们保存二级页表的物理地址。

2.一级页表描述符的最低两位，可分为以下四种情况：

（1）.0b00：无效。

（2）.0b01：粗页表。

（3）.0b10：段。

（4）.0b11：细页表。

3.二级页表描述符的最低两位，可分为以下四种情况：

（1）.0b00：无效。

（2）.0b01：大页描述符。

（3）.0b10：小页描述符。

（4）.0b11：极小页描述符。

4.一级页表地址，将它写入协处理器CP15的寄存器C2（称为页表基址寄存器）

二.地址转化过程（基址+变址的形式）

1.段的地址转化过程

NO1.一级页表基址C2[31：14]+MVA[31：20]+低两位为0构成一个32位的物理地址，找到其中存储的描述符，此描述符最低两位为0b10，称为段描述符；

NO2.段描述符[31：20]+MVA[19：0]构成一个32位的物理地址——这就是MVA对应的PA。

2.大页的地址转化过程

（1）.大页描述符保存在粗页表中

  NO1.一级页表基址C2[31：14]+MVA[31：20]+低两位为0构成一个32位的物理地址，找到其中存储的描述符，此描述符最低两位为0b01，称为粗页表描述符；

  NO2.粗页表描述符[31：10]+MVA[19:12]+低两位为0构成一个新的32位地址，找到其中存储的描述符，此描述符最低两位为0b01,称为大页描述符；

  NO3.大页描述符[31：16]+MVA[15：0]构成一个32位的物理地址——这就是MVA对应的PA。

（2）.大页描述符保存在细页表中

  NO1.一级页表基址C2[31：14]+MVA[31：20]+低两位为0构成一个32位的物理地址，找到其中存储的描述符，此描述符最低两位为0b11，称为细页表描述符；

  NO2.细页表描述符[31：12]+MVA[19:10]+低两位为0构成一个新的32位地址，找到其中存储的描述符，此描述符最低两位为0b01,称为大页描述符；

  NO3.大页描述符[31：16]+MVA[15：0]构成一个32位的物理地址——这就是MVA对应的PA。

3.小页的地址转化过程 

（1）.小页描述符保存在粗页表中

  NO1.一级页表基址C2[31：14]+MVA[31：20]+低两位为0构成一个32位的物理地址，找到其中存储的描述符，此描述符最低两位为0b01，称为粗页表描述符；

  NO2.粗页表描述符[31：10]+MVA[19:12]+低两位为0构成一个新的32位地址，找到其中存储的描述符，此描述符最低两位为0b10,称为小页描述符；

  NO3.小页描述符[31：16]+MVA[15：0]构成一个32位的物理地址——这就是MVA对应的PA。

（2）.小页描述符保存在细页表中

  NO1.一级页表基址C2[31：14]+MVA[31：20]+低两位为0构成一个32位的物理地址，找到其中存储的描述符，此描述符最低两位为0b11，称为细页表描述符；

  NO2.细页表描述符[31：12]+MVA[19:10]+低两位为0构成一个新的32位地址，找到其中存储的描述符，此描述符最低两位为0b10,称为小页描述符；

  NO3.小页描述符[31：16]+MVA[15：0]构成一个32位的物理地址——这就是MVA对应的PA。

4.极小页的地址转化过程

  NO1.一级页表基址C2[31：14]+MVA[31：20]+低两位为0构成一个32位的物理地址，找到其中存储的描述符，此描述符最低两位为0b11，称为细页表描述符；

  NO2.细页表描述符[31：12]+MVA[19:10]+低两位为0构成一个新的32位地址，找到其中存储的描述符，此描述符最低两位为0b11,称为极小页描述符；

  NO3.极小页描述符[31：16]+MVA[15：0]构成一个32位的物理地址——这就是MVA对应的PA。

三.粗页表细页表每个条目表示的物理空间的由来

1.粗页表中连续16个条目都保存同一大页描述符

  用于粗页表索引的MVA[19：12]与用于大页内寻址的MVA[15：0]有重合的位，粗页表中保存的描述符[31：16]作为物理地址的基址，为了保证基址相同，变址变化，即描述符   不变，MVA[15：0]变化，当MVA[15：12]由0b0000变化到0b1111时，里面存储的描述符应该相同——所以，粗页表中连续16个条目都保存同一大页描述符。

2.细页表中连续4个条目保存同一小页描述符

   用于细页表索引的MVA[19：10]与用于小页内寻址的MVA[11：0]有重合的位，粗页表中保存的描述符[31：12]作为物理地址的基址，为了保证基址相同，变址变化，即描述符    不变，MVA[11：0]变化，当MVA[11：10]由0b00变化到0b11时，里面存储的描述符应该相同——所以，粗页表中连续4个条目都保存同一小页描述符。

四.为什么极小页描述符只能保存在细页表中

   MVA[31：20]索引一级页表，MVA[19：12]索引二级页表中的粗页表，MVA[19：10]索引二级页表中的细页表，MVA[9：0]表示极小页的寻址空间。又每一个MVA对应一个   不同的物理地址PA，当极小页的描述符保存在粗页表中时，MVA[11：10]变化时，其对应的物理地址全部相同，故不能保存在粗页表中。

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