MMU内存管理单元（1）-虚拟地址到物理地址转换

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

[1:0]=01粗页表：256行，占内存1KB，每个条目表示4KB空间；[31:10]是二级页表地址。如：粗页表+大页，因为指向物理空间只能为1MB，所以256/16*64K或64/4；连续16个条目保存同一大页描述符。

C2[31:14]+MVA[31:20]+0b00->粗页描述符；

粗页描述符[31:10]+MVA[19:12]+0b00->大页描述符；

大页描述符[31:16]+MVA[15:0]->PA

[1:0]=10段，[31:20]一块1MB物理地址空间的起始地址。MVA[19:0]在这块中寻址。

P15的C2[31:14]+MVA[31:20]+0b00——>段描述符。

段描述符[31:20]+MVA[19:0]–>PA。

[1:0]=11细页表，1024行，每个条目表示1KB空间；[31:12]是二级页表地址；细页表+大页，1024/64*64K或64/1，每个条目表示1KB，连续64个条目保存同一大页描述符

二级页表描述符