MMU的初始化与开启实验

来源：互联网发布：答题软件单机版编辑：程序博客网时间：2024/06/05 08:34

内存管理单元MMU负责虚拟地址到物理地址的映射，并提供硬件机制的内存访问权限检查。

4种映射长度：段（1MB）、大页（64KB）、小页（4KB）、极小页（1KB）。

对每个段都可以设置访问权限。

大页、小页的每个子页（sub-page，即被映射页的1/4）都可以单独设置访问权限。

没有启动MMU时，CPU核、cache、MMU、外设等所有部件使用的都是物理地址。

理论知识我就不多写了，毕竟这里是做实验而不是讲原理的，但是代码的注释会很清楚

主要的c代码:

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#include"memmap.h"
void creat_page_table()
{
//我们建立段描述符相对简单些便于理解
//权限设置它们占描述符的低12bit【11-0】
#define MMU_AP (3<<10) //ap 位111 访问权限
#define MMU_DOMAIN (0<<5) //选择0域
#define MMU_SPECIAL (1<<4) // 必须1 why?
#define MMU_CACHEEN (1<<3) //cache使能
#define MMU_BUFFEN (1<<2) //buffer 使能
#define MMU_SECTION 2 //0b10 表示这个是段描述符
//段描述符低12bit 没有开启cache和buff，因为它将用于前1M的映射，不能开启cache
#define MMU_SEC_DESC MMU_AP|MMU_DOMAIN|MMU_SPECIAL|MMU_SECTION
//段描述符低12bit 开启cache和buff，它将用于后面sdram的映射，开启cache buffer
#define MMU_SEC_DESC_WB MMU_AP|MMU_DOMAIN|MMU_SPECIAL|MMU_SECTION|MMU_CACHEEN|MMU_BUFFEN
unsigned long vir_address,phy_address;
unsigned long *mmu_table_base=(unsigned long *)0x30000000;//地址转化为指针
//映射前1M的物理地址到虚拟地址的前1M，为了能够在开启mmu 之后0地址的前4k内的程序依然可以执行，所以它们是一一对应的关系
/*
(vir_address>>20可以理解取虚拟地址高 12bit 也可以理解为虚拟地址除于1MB，就得到了段地址，所以要映射的虚拟地址必须是1M的倍数。学过汇编的话你应该很容易知道段地址是怎么一回事，比如这里我们的是按照1M分段的，那么段1就是1M=0x100000。段大页小页极小页地址，也就是单位不一样。
phy_address&0xfff00000也是保存高 12bit 这样做取来的结果是1M的倍数，也是段对应的物理地址，低12bit保存权限，中间的8bit保留
*/
vir_address=0;
phy_address=0;
*(mmu_table_base+(vir_address>>20))=((phy_address&0xfff00000) | MMU_SEC_DESC);
/*
mmu_table_base+(vir_address>>20)取得段描述符的地址（指针），这4个字节保存着一个32bit的段描述符（((phy_address&0xfff00000) | MMU_SEC_DESC)），段描述符的【31-20】bit保存着段的物理地址（带上单位就是实实在在的地址了，比如12M，12M=0x1200000）
MMU_SEC_DESC即是上面定义的权限了
*/
/* 将0x56000000 之后1M映射到0xA0000000
外部 IO存储设备也是不能开启cache和buff的
*/
vir_address=0xa0000000;
phy_address=0x56000000;
*(mmu_table_base+(vir_address>>20))=((phy_address&0xfff00000) | MMU_SEC_DESC);
/*将0x30000000 之后64M映射到0xB0000000*/
vir_address=0xb0000000;
phy_address=0x30000000;
while(phy_address<0x34000000)
{
*(mmu_table_base+(vir_address>>20))=((phy_address&0xfff00000) | MMU_SEC_DESC_WB);
vir_address+=0x100000; //累加1m，到下一个段描述符
phy_address+=0x100000;
}
}
/*以上就是我们建的描述符表了，但是cpu还不知道这是怎么回事，下面我们就需要告诉cpu这样一个虚拟地址映射物理地址的规则了，由于处理开启mmu以后的所有的虚拟地址转换*/
void mmu_init()
{
unsigned long ttb=0x30000000; //描述符表table的表头地址
__asm__(
"mov r0,#0/n" //操作协处理器得仔细看其结构了
"mcr p15,0,r0,c7,c7,0/n" //mcr是写将r0 写入c7
"mcr p15,0,r0,c7,c10,4/n"
"mcr p15,0,r0,c8,c7,0/n"
"mov r4,%0/n"
"mcr p15,0,r4,c2,c0,0/n"
"mvn r0,#0/n"
"mcr p15,0,r0,c3,c0,0/n"
/*对于控制寄存器先读出控制寄存器的值修改之再保存进去*/
"mrc p15,0,r0,c1,c0,0/n"
/*先清除不需要的位如果需要用到之后再设置*/
"bic r0,r0,#0x3000/n"
"bic r0,r0,#0x0300/n"
"bic r0,r0,#0x0087/n" //清除1 2 3 7bit
/* 设置需要的位*/
"orr r0,r0,#0x2/n" //开启对齐检查
"orr r0,r0,#0x4/n" //开启dcache
"orr r0,r0,#0x1000/n" //开启icache
"orr r0,r0,#0x1/n" //使能mmu
"mcr p15,0,r0,c1,c0,0/n"
:
:"r" (ttb)
);
}

#include"memmap.h" void creat_page_table() { //我们建立段描述符相对简单些便于理解 //权限设置它们占描述符的低12bit【11-0】 #define MMU_AP (3<<10) //ap位111 访问权限 #define MMU_DOMAIN (0<<5) //选择0域 #define MMU_SPECIAL (1<<4) //必须1 why? #define MMU_CACHEEN (1<<3) //cache使能 #define MMU_BUFFEN (1<<2) //buffer使能 #define MMU_SECTION 2 //0b10 表示这个是段描述符 //段描述符低12bit 没有开启cache和buff，因为它将用于前1M的映射，不能开启cache #define MMU_SEC_DESC MMU_AP|MMU_DOMAIN|MMU_SPECIAL|MMU_SECTION //段描述符低12bit 开启cache和buff，它将用于后面sdram的映射，开启cache buffer #define MMU_SEC_DESC_WB MMU_AP|MMU_DOMAIN|MMU_SPECIAL|MMU_SECTION|MMU_CACHEEN|MMU_BUFFEN unsigned long vir_address,phy_address; unsigned long *mmu_table_base=(unsigned long *)0x30000000;//地址转化为指针 //映射前1M的物理地址到虚拟地址的前1M，为了能够在开启mmu之后0地址的前4k内的程序依然可以执行，所以它们是一一对应的关系 /* (vir_address>>20可以理解取虚拟地址高12bit 也可以理解为虚拟地址除于1MB，就得到了段地址，所以要映射的虚拟地址必须是1M的倍数。学过汇编的话你应该很容易知道段地址是怎么一回事，比如这里我们的是按照1M分段的，那么段1就是1M=0x100000。段大页小页极小页地址，也就是单位不一样。 phy_address&0xfff00000也是保存高12bit 这样做取来的结果是1M的倍数，也是段对应的物理地址，低12bit保存权限，中间的8bit保留 */ vir_address=0; phy_address=0; *(mmu_table_base+(vir_address>>20))=((phy_address&0xfff00000) | MMU_SEC_DESC); /* mmu_table_base+(vir_address>>20)取得段描述符的地址（指针），这4个字节保存着一个32bit的段描述符（((phy_address&0xfff00000) | MMU_SEC_DESC)），段描述符的【31-20】bit保存着段的物理地址（带上单位就是实实在在的地址了，比如 12M，12M=0x1200000） MMU_SEC_DESC即是上面定义的权限了 */ /*将0x56000000 之后1M映射到0xA0000000 外部IO存储设备也是不能开启cache和buff的 */ vir_address=0xa0000000; phy_address=0x56000000; *(mmu_table_base+(vir_address>>20))=((phy_address&0xfff00000) | MMU_SEC_DESC); /*将0x30000000 之后64M映射到0xB0000000*/ vir_address=0xb0000000; phy_address=0x30000000; while(phy_address<0x34000000) { *(mmu_table_base+(vir_address>>20))=((phy_address&0xfff00000) | MMU_SEC_DESC_WB); vir_address+=0x100000; //累加1m，到下一个段描述符 phy_address+=0x100000; } } /*以上就是我们建的描述符表了，但是cpu还不知道这是怎么回事，下面我们就需要告诉cpu这样一个虚拟地址映射物理地址的规则了，由于处理开启mmu 以后的所有的虚拟地址转换*/ void mmu_init() { unsigned long ttb=0x30000000; //描述符表table的表头地址 __asm__( "mov r0,#0/n" //操作协处理器得仔细看其结构了 "mcr p15,0,r0,c7,c7,0/n" //mcr是写将r0 写入c7 "mcr p15,0,r0,c7,c10,4/n" "mcr p15,0,r0,c8,c7,0/n" "mov r4,%0/n" "mcr p15,0,r4,c2,c0,0/n" "mvn r0,#0/n" "mcr p15,0,r0,c3,c0,0/n" /*对于控制寄存器先读出控制寄存器的值修改之再保存进去*/ "mrc p15,0,r0,c1,c0,0/n" /*先清除不需要的位如果需要用到之后再设置*/ "bic r0,r0,#0x3000/n" "bic r0,r0,#0x0300/n" "bic r0,r0,#0x0087/n" //清除1 2 3 7bit /*设置需要的位*/ "orr r0,r0,#0x2/n" //开启对齐检查 "orr r0,r0,#0x4/n" //开启dcache "orr r0,r0,#0x1000/n" //开启icache "orr r0,r0,#0x1/n" //使能mmu "mcr p15,0,r0,c1,c0,0/n" : :"r" (ttb) ); }

对于协处理器的结构，我也很模糊，以后专门研究下

其次就是定义那些寄存器的物理地址需要修改一下，因为mmu开启之后就只认虚拟地址了

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//led fanction
#define GPBCON (* (volatile unsigned long *)0xa0000010) //先将地址值其转化为指针，GPBCON其实就变成了这个地址储存的值鸟哈哈
#define GPBDAT (*(volatile unsigned long *)0xa0000014)
#define GPBUP (*(volatile unsigned long *)0xa0000018)
//key addr
#define GPFCON (*(volatile unsigned long *)0xa0000050)
#define GPFDAT (*(volatile unsigned long *)0xa0000054)
#define GPFUP (*(volatile unsigned long *)0xa0000058)

//led fanction #define GPBCON (*(volatile unsigned long *)0xa0000010) //先将地址值其转化为指针，GPBCON其实就变成了这个地址储存的值鸟哈哈 #define GPBDAT (*(volatile unsigned long *)0xa0000014) #define GPBUP (*(volatile unsigned long *)0xa0000018) //key addr #define GPFCON (*(volatile unsigned long *)0xa0000050) #define GPFDAT (*(volatile unsigned long *)0xa0000054) #define GPFUP (*(volatile unsigned long *)0xa0000058)

然后就是start.s加的一点内容了

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@led start
@2010-01-12
@jay
.globl _start
_start:
b reset
@预留着以后扩展中断向量表
reset:
/*因为下面有c函数要先设置个sp*/
ldr sp,=4096
@disable watchdog
ldr r0,=0x53000000
mov r1,#0
str r1,[r0]
@init SDRAM
bl memsetup
@cope the code to sdram
bl cp_to_SDRAM
@setup pagetable
bl creat_page_table
@init and enable mmu
bl mmu_init
@reset stack 开启了mmu，我们要重设下堆栈指针，指向虚拟地址映射的顶部
ldr sp,=0xb4000000
@跳到虚拟地址
/*这2句指令是从uboot学来的注意这一点的理解，_led_on是个标签，标签的实质就是个地址，这个标签存储的内容就是另外一个标签led_test（是不是很熟悉的感觉？对了，就是c语言的指针的指针），其实就是将_led_on的内容led_text赋给了 pc*/
ldr pc,_led_on
_led_on:.word led_test
load_sd:
ldr sp,=0x34000000
bl led_test
@copy to sdram
cp_to_SDRAM:
@ adr r0,_start
mov r0,#0
add r1,r0,#4096
ldr r2,=0x30004000 @注意这里不要指定到0x30000000了
lp:
ldmia r0!,{r3-r11}
stmia r2!,{r3-r11}
cmp r0,r1
ble lp
mov pc,lr

@led start @2010-01-12 @jay .globl _start _start: b reset @预留着以后扩展中断向量表 reset: /*因为下面有c函数要先设置个sp*/ ldr sp,=4096 @disable watchdog ldr r0,=0x53000000 mov r1,#0 str r1,[r0] @init SDRAM bl memsetup @cope the code to sdram bl cp_to_SDRAM @setup pagetable bl creat_page_table @init and enable mmu bl mmu_init @reset stack 开启了mmu，我们要重设下堆栈指针，指向虚拟地址映射的顶部 ldr sp,=0xb4000000 @跳到虚拟地址 /*这2句指令是从uboot学来的注意这一点的理解，_led_on是个标签，标签的实质就是个地址，这个标签存储的内容就是另外一个标签led_test（是不是很熟悉的感觉？对了，就是c语言的指针的指针），其实就是将_led_on的内容led_text赋给了pc*/ ldr pc,_led_on _led_on:.word led_test load_sd: ldr sp,=0x34000000 bl led_test @copy to sdram cp_to_SDRAM: @ adr r0,_start mov r0,#0 add r1,r0,#4096 ldr r2,=0x30004000 @注意这里不要指定到0x30000000了 lp: ldmia r0!,{r3-r11} stmia r2!,{r3-r11} cmp r0,r1 ble lp mov pc,lr

最后就是连接脚本了

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OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
OUTPUT_ARCH(arm)
ENTRY(_start)
SECTIONS
{
. =0x30004000;
. =ALIGN(4);
.text :
{
start.o (.text)
low_init.o (.text)
*(.text)
}
. = ALIGN(4);
.data :{ *(.data) }
. =ALIGN(4);
.rodata : { *(.rodata) }
. =ALIGN(4);
__bss_start = .;
.bss :{*(.bss)}
_end = . ;
}

OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm") OUTPUT_ARCH(arm) ENTRY(_start) SECTIONS { . =0x30004000; . =ALIGN(4); .text : { start.o (.text) low_init.o (.text) *(.text) } . = ALIGN(4); .data :{ *(.data) } . =ALIGN(4); .rodata : { *(.rodata) } . =ALIGN(4); __bss_start = .; .bss :{*(.bss)} _end = . ; }

这个也是从uboot学来的

ALIGN（4）是4字节对齐，32bitcpu一次处理32bit的嘛

.是指当前地址这里指定的知识编译地址，跟运行地址会不一样的。

两个.指令要用；隔开的，注意. =0x30004000 这里有空格的啊否则会出错

makefile

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CC=arm-linux-gcc
LD=arm-linux-ld
CP=arm-linux-objcopy
DP=arm-linux-objdump
objs:=start.o low_init.o memmap.o led.o
mmu.bin:$(objs)
$(LD) -Tboot.lds -g -o mmu_elf $^
$(CP) -O binary -S mmu_elf $@
$(DP) -D -m arm mmu_elf > mmu.asm
#makefile 注意 .s不可以大写 -T不可以少-
%.o:%.c
$(CC) -g -Wall -c -o $@ $<
%.o:%.s
$(CC) -g -Wall -c -o $@ S<
clean:
rm -f *.asm *.bin *_elf *.o

CC=arm-linux-gcc LD=arm-linux-ld CP=arm-linux-objcopy DP=arm-linux-objdump objs:=start.o low_init.o memmap.o led.o mmu.bin:$(objs) $(LD) -Tboot.lds -g -o mmu_elf $^ $(CP) -O binary -S mmu_elf $@ $(DP) -D -m arm mmu_elf > mmu.asm #makefile 注意 .s不可以大写 -T不可以少- %.o:%.c $(CC) -g -Wall -c -o $@ $< %.o:%.s $(CC) -g -Wall -c -o $@ S< clean: rm -f *.asm *.bin *_elf *.o

内容虽然不多，却花费了我很多时间去理解，其他的代码与之前的一样没有改动

终于是可以成功开启mmu了