vxWorks启动时间

来源：互联网发布：zookeeper nginx 整合编辑：程序博客网时间：2024/06/02 04:38

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CSDN日报20170403 ——《该不该离职？它说了算！》程序员你的职场该这么规划！ Python数据分析与机器学习博客搬家，有礼相送

vxWorks内存管理

2014-01-21 22:29 2613人阅读评论(0) 收藏举报

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vxworks 2011总结（42）

转：缩短vxworks启动时间的方法
对于有mmu的cpu系统，vxworks系统的一般启动时间在10秒左右。相对于windows之类启动时间几分钟来说，可以说是非常短了。然而对于从上电到启动用户程序在1秒内的特殊要求。10秒显然是太长了。这里解决了这个问题。具体的平台为一块powerpc7xx单板机，有南桥，北桥,pci,vme总线。这里的解决方法，实际上是不限于powerpc cpu的，因此对于有类似要求，别的平台的用户来说也具有价值。
由于对于启动时间有特殊要求，因此首先做的是要详细了解vxWorks OS 的启动步骤。通过研读代码，知道启动部分后，相应找到了影响启动时间的关键部分，通过修改 1内存清零操作，2 sdram ECC 校验 3，网络启动部分 4，vxWorks内存管理。使启动时间控制在1秒内。这里主要介绍对于vxWorks内存管理的修改。先简要介绍PowerPC MMU
1 MMU简介
内存管理是一项由MMU硬件以及VxWorks软件配合完成的工作。
硬件的MMU特性对于OS中的设计有较大的影响，内核OS算法处理页表及TLB的底层函数受硬件MMU特性的影响很大。
OS内核软件与处理器MMU硬件的接口、内存管理的软硬件分工，是OS设计中的关键部分。 MMU（硬件）：负责使用PTE来转换虚拟地址为物理地址。
OS内核：建立页表，在PTE中填写正确的数据，设置MMU相关寄存器使之指向页表。
1.1 TLB模式
4位段寄存器索引 | 16位页索引 | 12位的字节偏移量段寄存器 32位有效地址
24位 VSID | 16位页索引 | 12位的字节偏移量 52位虚拟地址 TLB/页表
20位物理页号 | 12位的字节偏移量 32位物理地址
处理器在每次地址转换时都要访问内存中的页表，则系统会产生大量的内存访问。因此，上述问题是通过MMU硬件中的TLB（快表）来实现缓存当前使用的地址转换。
通过在处理器中的TLB来保存一份在物理内存中的最近被使用过的页表入口项（PTEs），从而缩短对页表搜索的时间。
TLB由硬件实现，其中的表项的每一项映射一个物理页面。每次MMU进行地址转换操作时，首先检查该TLB所有表项及其控制的相应Cache，如果一份拷贝在TLB中的PTE被找到，则可免除在内存中查找页表（page table）而占用总线。 TLB有两个操作：（1）加载；（2）报废/清除。
当MMU硬件产生一个TLB失效时，OS内核定位地址转换信息，显式加载一个TLB表项。TLB表项的更新需与页表项的更新同步。TLB并不能自动保持与PTEs的一致性，所以每次软件改变了物理内存中的页表之后，软件必须执行相应的TLB失效操作，以便保持TLB与页表的一致性。页目录基地址寄存器被写入时，OS清除整个TLB。
TLB的使用有两个注意的事项：
（1）清空TLB是非常耗时的操作，当涉及多个页面的时候，内核OS必须选择清除整个TLB缓存，逐一清除许多表项会带来更多的TLB失效。
（2）尽可能减少TLB的竞争使用；过度的竞争TLB会导致TLB刷新频繁，效率大大下降。
1.2 BAT模式
BAT模式是另外一种从逻辑地址到物理地址的转译方式，这不同于TLB/哈希表的页面机制。BAT用于映射大于一页的连续物理内存空间，这样的空间可以不受控于通常的虚拟内存管理。BAT寻址模式依靠8个BAT寄存器来实现，这些BAT寄存器实现128K或者更大的虚拟内存块映射到连续的物理内存中。这样的大块连续物理内存空间一般用于保存数据，例如映射到内存中的显示缓冲区或者是巨型数组中的数据。
BAT模式的缺点是颗粒度太粗，最小的内存块也必须是大于128K。
2 VxWorks 内存管理
VxWorks内存模式为flat模式。所有的任务都运行在同一地址空间里。内存管理混合使用BAT模式与页表模式.VxWorks通过两个数据结构来抽象BAT模式与页表模式.
BAT模式：UINT32 sysBatDesc [2 * (_MMU_NUM_IBAT + _MMU_NUM_DBAT)]为一整形数组页表模式：PHYS_MEM_DESC sysPhysMemDesc [] 为结构PHYS_MEM_DESC的数组。
PHYS_MEM_DESC定义如下
/* physical memory descriptor is used to map virtual memory in sysLib * and usrConfig. */
typedef struct phys_mem_desc {
void *virtualAddr; void *physicalAddr; UINT len;
UINT initialStateMask; /* mask parameter to vmStateSet */ UINT initialState; /* state parameter to vmStateSet */ } PHYS_MEM_DESC;
问题的产生， bsp里主要使用页表影射，页表影射内存与所需页表的大小之间的关系如下：页表尺寸 = （（内存总数(sdram+pci mem + pci I/O +vme mem + flashrom)/页尺寸（4k））/2）*sizeof(PTEGS)（64）
1G的影射内存所需页表数为8Mbyte.因此建立页表，在PTE中填写正确的数据所需时间需5~6秒。
初步解决对策：
1．缩小页表，即缩小内存总数
2．将页表存为文件，启动时直接读取，跳过建立页表部分
3．转换思路，从主要使用页表影射转换为主要使用BAT影射
我们来看一下上述解决对策是否可行。 1对策
缩小页表，即缩小内存总数，可以修改的部分包括SDRAM ,PCI MEM,PCI I/O MEM,VME MEM,修改方法在Tornado环境里修改配置参数，修改容易，修改后的效果较好，启动时间只需2 秒。不利的方面，SDRAM缩减为32M,而且时间仍然较长。 2对策
将页表存为文件，启动时直接读取，跳过建立页表部分。因我们的系统资源是固定的，使用此法可行．但要将页表存为文件，我们又面临多种选择，1重写OS MMU 部分。2改写Vxworks MMU. 2．1重写OS MMU 部分
难度较大，时间紧迫，而且最关键部分，重写的OS MMU与VxWorks是否能够无缝结合，实践证明能够在另一操作系统下稳定运行的OS MMU与VxWorks结合，并不能稳定运行。原因OS MMU并不能完全与OS Memory,OS I/O无关。OS设计需要一种综合考虑。微内核体系结构也并不能完全解决此问题。结论，此路不通 2．2改写Vxworks MMU
需要Vxworks kernel 源码，所幸已经得到。但考虑到1G的影射内存所需页表数为8Mbyte，而flashrom读取速度为10M/s .即使修改完毕,仅读取页表所需时间将近1s.所耗甚大，所得甚微。结论，此路不通 3对策
使用BAT影射，需要修改部分为sysBatDesc []，即BAT影射数组，修改容易。
但BAT寄存器只有4对，分为指令与数据BAT，因此只有与页表影射相结合。将大块内存使用BAT影射，小块内存使用页表影射.因此将SDRAM,FLASHROM影射改为使用BAT影射。修改效果好。达到了预期效果。