S3C2440 MMU地址变换过程

1）地址的分类

ARM cpu地址转换涉及三种地址：虚拟地址（VA，Virtual Address）、变换后的虚拟地址（MVA，Modified Virtual Address）、物理地址（PA，Physical Address）

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

启动MMU后，CPU核心对外发出虚拟地址VA；VA被转换为MVA供cache、MMU使用，在这里MVA被转换成PA；最后使用PA读取实际设备

1、CPU核心看到和用到的只是虚拟地址VA，至于VA如果去对应物理地址PA，CPU核心不理会

2、caches和MMU看不到VA，他们利用MVA转换得到PA

3、实际设备看不到VA、MVA，读写它们使用的是物理地址PA

MVA是除CPU核心外的其他部分看到的虚拟地址，VA与MVA的变化关系如下：

if (VA < 32M) then

MVA = VA | (PID <<25)

else

MVA = VA

其中PID为进程标识号（通过读CP15的C13获得）。

使用MVA，而不使用VA的目的是：当有重叠的VA时，转换后的MVA地址并不重叠，减小转换为PA的代价

比如两个进程1、2，VA都是0-（32M-1），则MVA分别为0x02000000-0x03ffffff，0x04000000-0x05ffffff。

下文说到虚拟地址，如果没有特别指出，就是指MVA

2）虚拟地址到物理地址的转换过程

arm cpu使用页表来进行转换。页表由一个个描述符（每个4字节，32位）组成，每个描述符存储一段虚拟地址对应的物理地址及访问权限，或者下一级页表的地址

S3C2440可以以段（Section）的方式或页（Page）的方式进行转换。其中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需用到两级页表：二级页表可分为粗页表、细页表；二级页表的映射按大小可映射大页（Large page 64KB）、小页（Small page 4KB）、极小页（Tiny page 1KB）。

下图为S3C2440的地址转换图（自己加了些东西，若有误，请指正，感激不尽）

需要注意的是：

1、粗页表只能映射大页和小页，细页表可以映射大页、小页和极小页。

2、TTBbase代表一级页表的地址，它由协处理器CP15的寄存器C2（称为页表基址寄存器）和MVA拼合生成。页表基址寄存器的地址必须16K对齐（ [31:14]位存储页表基址，[13:0]为0）。

页表基址寄存器结构如下

3、一级页表使用4096个描述符来表示4GB空间。每个描述符存储它对应的1MB的物理空间的起始地址（段），或者下一级页表的地址。

概括的说一下MMU寻址的主要过程

首先由页表基址寄存器的[31:14]位和MVA的[31:20]位拼合成一个低两位为0的32位地址，MMU根据此地址在一级页表查询。接下来根据转换方式不同后续步骤有所不同。

若以段的方式转换， MMU在一级页表查询到段描述符。将段描述符的 [31:20]位（段基址），和MVA的[19:0]位组成一个32位的物理地址即MVA对应的PA。

若以页的方式（假设二级页表为粗页表，储存的是大页描述符）转换，MMU在一级页表查询到粗页表描述符。取出粗页表描述符的[31:10]（即粗页表基址）位，和MVA的[19:12]位组成一个低两位为0的32位物理地址，通过这个地址在二级页表找到大页描述符。取出大页描述符的[31:16]（即大页基址）位，和MVA[15:0]位组成一个32位的物理地址，即MVA对应的PA（其他形式只是拼接的位数略有不同、将在下面详细介绍）。

下面详细介绍下各级页表描述符的格式

一级页表描述符

0b11：细页表（Fine page table）

[31:12]为细页表基址（Fine page table base address），此描述符的低12位填充0后，就是一个二级页表的物理地址。此二级页表含1024个条目（使用[11:2]，10位），其中每个条目表示大小1kb的物理地址空间，一个细页表表示1MB物理地址空间

二级页表描述符

最低两位：