MMU--Memory Management Unit(内存管理单元)

MMU是Memory Management Unit的缩写,中文名是 内存管理单元,它是 中央处理器(CPU)中用来管理 虚拟存储器、物理存储器的控制线路,同时也负责 虚拟地址映射为 物理地址,以及提供硬件机制的内存访问授权,多用户多进程操作系统。

 MMU的主要作用:虚拟地址到物理地址的转换;访问权限控制;设置虚拟存储空间的缓冲。

    虚拟存储器:程序一般存于掉电不丢失的硬盘中,但是硬盘读写速度慢。所以系统上电后一般只在ROM中完成小部分硬件初始化程序,并把程序搬运到内存中。然后,从内存中开始执行程序。但是,内存有限,不能一次性把所有代码加载到内存中,所以只把当前用到的一部分代码加载过来,把没用到的搬回磁盘。此时的效果等同于把所有程序加载到内存中,用户看来系统具有的内存比实际内存大的多。对于32位的CPU系统中虚拟地址空间有4GB大小,而嵌入式系统中的实际物理地址空间可能远小于此。


   把虚拟地址空间分成一个个固定大小的块,每一块为一页。物理地址空间也分为同样大小的页。MMU要实现虚拟地址到物理地址的映射,CPU核发出虚拟地址VA;VA被转换为变换后的虚拟地址MVA给MMU;MMU把MVA转换成物理地址PA。
    页表:位于内存中,页表的基地址存于CP15的C2寄存器中,表中每一行(叫一个地址变换条目entry)对应于虚拟存储空间的一个页,这个entry包含虚拟内存块和物理块地址的对应关系、该页的权限、该页的缓冲特性。
    TLB(快表):CPU和内存速度级别相差较大,每次到内存中查表代价较大。根据程序局部性原理,把当前访问需要的条目存放在一个和CPU中寄存器速度差不多16字左右的TLB中。MMU把存储空间分为16个域,PC15中C3每两位控制一个域的访问权限。
    ARM支持的存储块:段1MB;大页64KB(可分为16KB子页);小页4KB(可分为1KB子页);极小页1KB(只能保存在细页表中)。
    大致过程:
    1)根据VA和C2找到一级页表条目
    2)若是段描述符,返回物理地址
    3)若该条目是二级页表描述符,继续根据虚拟地址找下一个条目
    4)找到第二个页描述符,返回物理地址


    一级页表描述符





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