JZ2440MMU段映射代码实现

实现流程：

• JZ2440V3的SDRAM物理地址范围处于0x30000000~0x33FFFFFF,S3C2440的寄存器地址范围都处于0x48000000~0x5FFFFFFF。在前面，通过往GPBCON和GPBDAT这两个寄存器的物理地址0x56000010、0x56000014写入特定的数据来驱动4个LED
• 开启MMU，并将虚拟地址空间0xA0000000~0xA0100000映射到物理地址空间0x56000000~0x56100000上，这样就可以通过操作地址0xA0000010、0xA0000014来达到驱动这4个LED的同样效果
• 另外，将虚拟地址空间0xB0000000~0xB3FFFFFF映射到物理地址空间0x30000000~0x33FFFFFF上，并在连程序时将一部分代码的运行地址指定为0xB0004000，看看能否令程序跳转到0xB0004000(即0x30004000)处执行

本例程序只使用一级页表，以段的方式进行地址映射。32位CPU的虚拟地址空间达到4GB，一级页表中使用4096个描述符来表示这4GB的空间(每个描述符对应1MB的虚拟地址)，每个描述符占用4字节，所以一级页表占16KB(4096*4KB)。在此使用SDRAM开始的16KB(0x4000)来存放一级页表，所以剩下的内存开始物理地址为0x30004000！

详细知识补充和代码分析
程序代码：

• 第一部分：(head.S&init.c)运行地址设为0，关闭看门狗，初始化SDRAM，复制第二部分代码到SDRAM中(存放在0x30004000开始处)，设置页表，启动MMU，最后到SDRAM中(地址0xB0004000)去继续执行
• 第二部分：(leds.c)运行地址设为0xB0004000,用来驱动LED
  
  

head.S

@*************************************************************************@ File：head.S@ 功能：设置栈指针，禁止看门狗，初始化SDRAM，将第二部分代码复制到SDRAM，@       设置页表，启动MMU，然后跳到SDRAM继续执行led程序@*************************************************************************       .text.global _start_start:    ldr sp, =4096                       @ 设置栈指针，(4KB)以下都是C函数，调用前需要设好栈    bl  disable_watch_dog               @ 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启    bl  memsetup                        @ 设置存储控制器以使用SDRAM    bl  copy_2th_to_sdram               @ 将第二部分代码复制到SDRAM    bl  create_page_table               @ 设置页表                                        @ 令heed.S、init.c程序所在内存的VA和PA一样                                        @ 为了代码在开启MMU后能够没有任何障碍的运行    bl  mmu_init                        @ 启动MMU    ldr sp, =0xB4000000                 @ 重设栈指针，指向SDRAM顶端(使用虚拟地址)    ldr pc, =0xB0004000                 @ 跳到SDRAM中继续执行第二部分代码                                        @ 等价于ldr pc,=mainhalt_loop:    b   halt_loop

init.c

/* * init.c: 进行一些初始化，在Steppingstone中运行 * 它和head.S同属第一部分程序，此时MMU未开启，使用物理地址 */ /* WATCHDOG寄存器 */#define WTCON           (*(volatile unsigned long *)0x53000000)/* 存储控制器的寄存器起始地址 */#define MEM_CTL_BASE    0x48000000/* * 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启 */void disable_watch_dog(void){    WTCON = 0;  // 关闭WATCHDOG很简单，往这个寄存器写0即可}/* * 设置存储控制器以使用SDRAM */void memsetup(void){    /* SDRAM 13个寄存器的值 */    unsigned long  const    mem_cfg_val[]={ 0x22011110,     //BWSCON                                            0x00000700,     //BANKCON0                                            0x00000700,     //BANKCON1                                            0x00000700,     //BANKCON2                                            0x00000700,     //BANKCON3                                              0x00000700,     //BANKCON4                                            0x00000700,     //BANKCON5                                            0x00018005,     //BANKCON6                                            0x00018005,     //BANKCON7                                            0x008C07A3,     //REFRESH                                            0x000000B1,     //BANKSIZE                                            0x00000030,     //MRSRB6                                            0x00000030,     //MRSRB7                                    };    int     i = 0;    volatile unsigned long *p = (volatile unsigned long *)MEM_CTL_BASE;    for(; i < 13; i++)        p[i] = mem_cfg_val[i];}/* * 将第二部分代码复制到SDRAM */void copy_2th_to_sdram(void){    unsigned int *pdwSrc  = (unsigned int *)2048; //led.o的加载地址在连接脚本中被指定2048                                                  //所以第二部分代码就存储在Steppingstone中地址2048之后    unsigned int *pdwDest = (unsigned int *)0x30004000;    while (pdwSrc < (unsigned int *)4096)    {        *pdwDest = *pdwSrc;        pdwDest++;        pdwSrc++;    }}/* * 设置页表 */void create_page_table(void){/*  * 用于段描述符的一些宏定义 * 段描述符bit[11:0]=0b110000011110 */ #define MMU_FULL_ACCESS     (3 << 10)   /* 访问权限 */#define MMU_DOMAIN          (0 << 5)    /* 属于哪个域 */#define MMU_SPECIAL         (1 << 4)    /* 必须是1 */#define MMU_CACHEABLE       (1 << 3)    /* cacheable */#define MMU_BUFFERABLE      (1 << 2)    /* bufferable */#define MMU_SECTION         (2)         /* 表示这是段描述符 */#define MMU_SECDESC         (MMU_FULL_ACCESS | MMU_DOMAIN | MMU_SPECIAL | \                             MMU_SECTION)#define MMU_SECDESC_WB      (MMU_FULL_ACCESS | MMU_DOMAIN | MMU_SPECIAL | \                             MMU_CACHEABLE | MMU_BUFFERABLE | MMU_SECTION)#define MMU_SECTION_SIZE    0x00100000    unsigned long virtuladdr, physicaladdr;    unsigned long *mmu_tlb_base = (unsigned long *)0x30000000;    /*     * Steppingstone的起始物理地址为0，第一部分程序的起始运行地址也是0，     * 为了在开启MMU后仍能运行第一部分的程序，     * 将0～1M的虚拟地址映射到同样的物理地址     */    virtuladdr = 0;    physicaladdr = 0;    *(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | \                                            MMU_SECDESC_WB;                                            //*(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) =                                             //*(TTB[31-14]+MVA[31-20]+00) = *(描述符地址)     /*     * 0x56000000是GPIO寄存器的起始物理地址，     * GPBCON和GPBDAT这两个寄存器的物理地址0x56000050、0x56000054，     * 为了在第二部分程序中能以地址0xA0000050、0xA0000054来操作GPFCON、GPFDAT，     * 把从0xA0000000开始的1M虚拟地址空间映射到从0x56000000开始的1M物理地址空间     */    virtuladdr = 0xA0000000;    physicaladdr = 0x56000000;    *(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | \                                            MMU_SECDESC;                                            //*(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) =                                             //*(TTB[31-14]+MVA[31-20]+00) = *(描述符地址)     /*     * SDRAM的物理地址范围是0x30000000～0x33FFFFFF，     * 将虚拟地址0xB0000000～0xB3FFFFFF映射到物理地址0x30000000～0x33FFFFFF上，     * 总共64M，涉及64个段描述符     */    virtuladdr = 0xB0000000;    physicaladdr = 0x30000000;    while (virtuladdr < 0xB4000000)    {        *(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | \                                                MMU_SECDESC_WB;        virtuladdr += 0x100000; //0x100000 = 1MB，段页表以1MB为单位        physicaladdr += 0x100000;    }}/* * 启动MMU */void mmu_init(void){    unsigned long ttb = 0x30000000;__asm__(    "mov    r0, #0\n"    "mcr    p15, 0, r0, c7, c7, 0\n"    /* 使无效ICaches和DCaches */    "mcr    p15, 0, r0, c7, c10, 4\n"   /* drain write buffer on v4 */    "mcr    p15, 0, r0, c8, c7, 0\n"    /* 使无效指令、数据TLB */    "mov    r4, %0\n"                   /* r4 = 页表基址 ，取第0个符号*/    "mcr    p15, 0, r4, c2, c0, 0\n"    /* 设置页表基址寄存器 */    "mvn    r0, #0\n"                       "mcr    p15, 0, r0, c3, c0, 0\n"    /* 域访问控制寄存器设为0xFFFFFFFF，                                         * 不进行权限检查                                          */        /*      * 对于控制寄存器，先读出其值，在这基础上修改感兴趣的位，     * 然后再写入     */    "mrc    p15, 0, r0, c1, c0, 0\n"    /* 读出控制寄存器的值 */    /* 控制寄存器的低16位含义为：.RVI ..RS B... .CAM     * R : 表示换出Cache中的条目时使用的算法，     *     0 = Random replacement；1 = Round robin replacement     * V : 表示异常向量表所在的位置，     *     0 = Low addresses = 0x00000000；1 = High addresses = 0xFFFF0000     * I : 0 = 关闭ICaches；1 = 开启ICaches     * R、S : 用来与页表中的描述符一起确定内存的访问权限     * B : 0 = CPU为小字节序；1 = CPU为大字节序     * C : 0 = 关闭DCaches；1 = 开启DCaches     * A : 0 = 数据访问时不进行地址对齐检查；1 = 数据访问时进行地址对齐检查     * M : 0 = 关闭MMU；1 = 开启MMU     */    /*       * 先清除不需要的位，往下若需要则重新设置它们         */                                        /* .RVI ..RS B... .CAM */     "bic    r0, r0, #0x3000\n"          /* ..11 .... .... .... 清除V、I位 */    "bic    r0, r0, #0x0300\n"          /* .... ..11 .... .... 清除R、S位 */    "bic    r0, r0, #0x0087\n"          /* .... .... 1... .111 清除B/C/A/M */    /*     * 设置需要的位     */    "orr    r0, r0, #0x0002\n"          /* .... .... .... ..1. 开启对齐检查 */    "orr    r0, r0, #0x0004\n"          /* .... .... .... .1.. 开启DCaches */    "orr    r0, r0, #0x1000\n"          /* ...1 .... .... .... 开启ICaches */    "orr    r0, r0, #0x0001\n"          /* .... .... .... ...1 使能MMU */    "mcr    p15, 0, r0, c1, c0, 0\n"    /* 将修改的值写入控制寄存器 */    : /* 无输出 */ //输出    : "r" (ttb) );  //输入 r=ttb，第0个符号}

leds.c

/* * leds.c: 循环点亮4个LED * 属于第二部分程序，此时MMU已开启，使用虚拟地址 */ #define GPFCON      (*(volatile unsigned long *)0xA0000050)     // 物理地址0x56000050#define GPFDAT      (*(volatile unsigned long *)0xA0000054)     // 物理地址0x56000054#define GPF4_out    (1<<(4*2))#define GPF5_out    (1<<(5*2))#define GPF6_out    (1<<(6*2))/* * wait函数加上“static inline”是有原因的， * 这样可以使得编译leds.c时，wait嵌入main中，编译结果中只有main一个函数。 * 于是在连接时，main函数的地址就是由连接文件指定的运行时装载地址。 * 而连接文件mmu.lds中，指定了leds.o的运行时装载地址为0xB4004000， * 这样，head.S中的“ldr pc, =0xB0004000”就是跳去执行main函数。 */static inline void wait(volatile unsigned long dly){    for(; dly > 0; dly--);}int main(void){    unsigned long i = 0;    GPFCON = GPF4_out|GPF5_out|GPF6_out;        // 将LED1,2,4对应的GPF4/5/6三个引脚设为输出    while(1){        wait(30000);        GPFDAT = (~(i<<4));        // 根据i的值，点亮LED1,2,4        if(++i == 8)            i = 0;    }    return 0;}

Makefile和连接脚本mmu.lds

mmu.lds

SECTIONS {   firtst    0x00000000 : { head.o init.o }    /*head.o和init.o组成，加载地址和运行地址都是0，运行前不需要重新移动代码*/  second    0xB0004000 : AT(2048) { leds.o }  /*由leds.o组成，加载地址为2048，重定位地址为0xB0004000,表明段second   *存放在编译所得映象文件地址2048处，在运行前将它复制到地址0xB0004000处，   *这由init.c中的copn_2th_to_sdram函数完成。(此函数将代码复制开始地址为，   *0x30004000的内存中，这是开启MMU后虚拟地址0xB0004000对应的物理地址)*/} 

Makefile

objs := head.o init.o leds.o# $^ 代表所有的依赖文件。 $@--目标文件，$<--第一个依赖文件。 mmu.bin : $(objs)    arm-linux-ld -Tmmu.lds -o mmu_linux $^    arm-linux-objcopy -O binary -S mmu_linux $@         # binary：二进制的 -S：不从源文件复制重定位信息和符号信息到目标文件中去    arm-linux-objdump -D -m arm mmu_linux > mmu.dis # -D：反汇编所有段 -m arm:指定反汇编文件使用arm架构%.o:%.c    arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o $@ $<            #-Wall：打开警告信息 -O2：2级优化(常用) -c：只编译不连接%.o:%.S    arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o $@ $<clean:    rm -f mmu.bin mmu_linux mmu.dis *.o     

用图来演示：