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S3C2440存儲(chǔ)控制器的地址空間與MMU分析介紹

電子設(shè)計(jì) ? 來(lái)源:郭婷 ? 作者:電子設(shè)計(jì) ? 2018-12-30 07:43 ? 次閱讀

一、S3C2440存儲(chǔ)控制器

如果大家寫過(guò)S3C2440的ARM裸機(jī)程序都應(yīng)該知道通常SDRAM的起始地址是0X30000000,但是大家有沒(méi)有想過(guò)為什么呢?下面我將給大家做一個(gè)簡(jiǎn)要的介紹。

查S3C2440的手冊(cè)可知S3C2440可尋址1G的地址范圍,但是S3C2440的地址線只有27根,理論上只能尋址2的27次方等于128M的地址范圍。于是S3C2440通過(guò)一個(gè)叫BANK的東東解決了這個(gè)問(wèn)題。S3C2440引出了8根BANK線(對(duì)應(yīng)nGCS0~ nGCS7),通過(guò)這個(gè)8根線來(lái)選通和關(guān)閉不同的存儲(chǔ)器,這樣S3C2440最多就可以連接8個(gè)128M的存儲(chǔ)器,只要在某一時(shí)刻只選通一個(gè)BANK就可以實(shí)現(xiàn)1G的尋址空間每個(gè)BANK有個(gè)地址,對(duì)該BANK地址的訪問(wèn)實(shí)際上就是選通該BANK,于是ARM核只要發(fā)出一個(gè)地址,然后S3C2440的儲(chǔ)存控制器只要把該地址解釋成兩部分:一部分是BANK地址一部分是連接到該BANK存儲(chǔ)器內(nèi)部的地址就可以訪問(wèn)了。

而作為32位的CPU,可以使用的地址范圍理論上可以達(dá)到2的32次方等于4G,除去上述的1G地址空間,還有一部分是CPU內(nèi)部寄存器的地址,剩下的地址空間沒(méi)有使用。

下面我們來(lái)看到S3C2440存儲(chǔ)器的地址空間分布圖

S3C2440存儲(chǔ)控制器的地址空間與MMU分析介紹

左邊的是表示CPU從NOR FLASH啟動(dòng)時(shí)的地址空間圖,右邊是CPU從NAND FLASH啟動(dòng)時(shí)的地址空間圖。從圖中可以看出SDRAM接在BANK6上面,地址為0X30000000,這就解釋了開(kāi)始最開(kāi)始的那個(gè)問(wèn)題。問(wèn)題又來(lái)了為什么CPU從NAND和NOR啟動(dòng)時(shí)地址空間不同?這是因?yàn)镹OR是線性結(jié)構(gòu),跟普通的內(nèi)存差不多,它接在BANK0上。而NAND則是另外一種結(jié)構(gòu),S3C2440有專用的NAND控制器和地址線來(lái)連接,它不能接在BANK0上。CPU啟動(dòng)時(shí)必定從0地址開(kāi)始執(zhí)行程序,而從NAND啟動(dòng)時(shí),0地址沒(méi)有存儲(chǔ)器,那CPU怎么辦呢?于是就出現(xiàn)了一種叫“起步石”(stepping stone)的東東,它是S3C2440內(nèi)部的一塊4K的存儲(chǔ)器,當(dāng)從NAND啟動(dòng)時(shí),0地址線會(huì)連接到起步石上面,同時(shí)CPU會(huì)通過(guò)內(nèi)部的硬件將NAND FLASH開(kāi)始的4K數(shù)據(jù)復(fù)制到起步石里面。起步石里面的程序一般設(shè)計(jì)為對(duì)SDRAM進(jìn)行初始化,然后將NAND里面的部分程序復(fù)制到SDARM,然后跳到SDRAM開(kāi)始執(zhí)行程序。所以當(dāng)做U-BOOT移植使其支持從NAND的啟動(dòng)時(shí),需要對(duì)NAND的前4K程序做處理。

下面我們?cè)賮?lái)看看S3C440存儲(chǔ)控制器一般所接外設(shè)的訪問(wèn)地址和部分寄存器的訪問(wèn)地址

S3C2440存儲(chǔ)控制器的地址空間與MMU分析介紹

S3C2440存儲(chǔ)控制器的地址空間與MMU分析介紹

二、S3C2440MMU

1.MMU的作用

我們?cè)俚谝徊糠钟懻摰娜慷际俏锢淼刂罚⒁獠灰c這部分要將的虛擬地址給混淆起來(lái)。

內(nèi)存管理單元(Memory ManagerUnit)簡(jiǎn)稱MMU。它負(fù)責(zé)將虛擬地址轉(zhuǎn)換成物理地址,然后傳給上部分介紹的存儲(chǔ)管理器進(jìn)行尋址。

現(xiàn)代的多用戶多進(jìn)程操作系統(tǒng)通過(guò)MMU使各個(gè)用戶進(jìn)程都有自己的獨(dú)立的地址空間:地址映射功能功能使的個(gè)進(jìn)程擁有“看起來(lái)”一樣的地址空間,而內(nèi)存訪問(wèn)權(quán)限的檢查可以保護(hù)每個(gè)進(jìn)程所用的內(nèi)存不會(huì)被其他進(jìn)程破壞。

我來(lái)打個(gè)蹩腳的例子。甲同學(xué)(進(jìn)程甲)去一個(gè)圖書管理員那兒去借名為“內(nèi)存”的一本書,說(shuō)他7點(diǎn)鐘要用。圖書管理員給甲同學(xué)一個(gè)牌子上面寫著哪個(gè)層樓房哪個(gè)房間有這本書,不過(guò)這塊牌子只能7點(diǎn)鐘去取書,且只能借三個(gè)小時(shí)(權(quán)限),而乙同學(xué)同樣要借這本書不過(guò)是12點(diǎn),圖書館同樣給乙同學(xué)一塊牌子,不同的時(shí)這塊牌子只能12點(diǎn)鐘去取書也只能借三個(gè)小時(shí)。結(jié)果是甲乙同學(xué)都借到了這本書,他們都感覺(jué)擁有了這本書,在他們擁有這本書的期間不會(huì)被其他同學(xué)打擾。實(shí)際上這里的同學(xué)就代表進(jìn)程,圖書管理員代表是內(nèi)核,牌子代表的是虛擬地址,書代表實(shí)際的內(nèi)存,而MMU完成的工作就是拿到同學(xué)的牌子幫同學(xué)找到書的過(guò)程。

虛擬地址最終要轉(zhuǎn)成物理地址才能讀寫實(shí)際的數(shù)據(jù),這通過(guò)將虛擬地址空間、物理地址空間劃分為一個(gè)同樣大小的一塊塊小空間,然后為著兩類小空間建立映射空間,有可能多塊虛擬地址映射到同一塊物理地址空間,或者有些虛擬地址空間映射具體物理地址空間上去。啟動(dòng)MMU后,CPU對(duì)外發(fā)出虛擬地址,然后MMU將虛擬地址轉(zhuǎn)成物理地址再進(jìn)行訪問(wèn)。

2.虛擬地址空間到物理空間的轉(zhuǎn)換過(guò)程

在ARM CPU中使用頁(yè)表的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。linux內(nèi)核一般使用兩級(jí)頁(yè)表的方式。頁(yè)表是個(gè)什么東東,他就像我們的書上的目錄,有主目錄,次目錄。當(dāng)我們要找一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的時(shí)候先找到主目錄,然后再找到次目錄再找到相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)。每一個(gè)進(jìn)程都會(huì)在內(nèi)存里面創(chuàng)建一個(gè)目錄,目錄的存放地址保存起來(lái)。當(dāng)需要訪問(wèn)目錄時(shí),就會(huì)將目錄放到CPU的一個(gè)專用寄存器里面,然后MMU讀取這個(gè)寄存器里面的值就會(huì)幫我們找到我們要訪問(wèn)的物理地址。

頁(yè)表是怎樣建立的呢?

實(shí)際上它就是在內(nèi)存的一個(gè)地址內(nèi)存放了第一級(jí)目錄的內(nèi)存地址,然后在第一個(gè)級(jí)的目錄的內(nèi)存內(nèi)又存放了實(shí)際的物理地址。

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