《嵌入式LINUX应用完全开发手册》之 MMU 实验

内存管理单元（MMU），它负责虚拟地址到物理地址的映射，并提供硬件机制的内存访问权限检查。现代的多用用户多进程操作系统通过MMU使得各个用户进程都拥有自己独立的地址空间：地址映射功能使得各进程拥有“看起来"一样的地址空间，而内存访问权限的检查可以保护每个进程所用的内存不被其他进程破坏。

源码：

 

head.s

 

@************************************************************************* @ File：head.S @ 功能：设置SDRAM，将第二部分代码复制到SDRAM，设置页表，启动MMU， @ 然后跳到SDRAM继续执行 @************************************************************************* .text .global _start _start: ldr sp, =4096 @ 设置栈指针，以下都是C函数，调用前需要设好栈 bl disable_watch_dog @ 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启 bl memsetup @ 设置存储控制器以使用SDRAM bl copy_2th_to_sdram @ 将第二部分代码复制到SDRAM bl create_page_table @ 设置页表 bl mmu_init @ 启动MMU ldr sp, =0xB4000000 @ 重设栈指针，指向SDRAM顶端(使用虚拟地址) ldr pc, =0xB0004000 @ 跳到SDRAM中继续执行第二部分代码 halt_loop: b halt_loop

 

 

 

init.c

/* * init.c: 进行一些初始化，在Steppingstone中运行 * 它和head.S同属第一部分程序，此时MMU未开启，使用物理地址 */ /* WATCHDOG寄存器 */ #define WTCON (*(volatile unsigned long *)0x53000000) /* 存储控制器的寄存器起始地址 */ #define MEM_CTL_BASE 0x48000000 /* * 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启 */ void disable_watch_dog(void) { WTCON = 0; // 关闭WATCHDOG很简单，往这个寄存器写0即可 } /* * 设置存储控制器以使用SDRAM */ void memsetup(void) { /* SDRAM 13个寄存器的值 */ unsigned long const mem_cfg_val[]={ 0x22011110, //BWSCON 0x00000700, //BANKCON0 0x00000700, //BANKCON1 0x00000700, //BANKCON2 0x00000700, //BANKCON3 0x00000700, //BANKCON4 0x00000700, //BANKCON5 0x00018005, //BANKCON6 0x00018005, //BANKCON7 0x008C07A3, //REFRESH 0x000000B1, //BANKSIZE 0x00000030, //MRSRB6 0x00000030, //MRSRB7 }; int i = 0; volatile unsigned long *p = (volatile unsigned long *)MEM_CTL_BASE; for(; i < 13; i++) p[i] = mem_cfg_val[i]; } /* * 将第二部分代码复制到SDRAM */ void copy_2th_to_sdram(void) { unsigned int *pdwSrc = (unsigned int *)2048; unsigned int *pdwDest = (unsigned int *)0x30004000; while (pdwSrc < (unsigned int *)4096) { *pdwDest = *pdwSrc; pdwDest++; pdwSrc++; } } /* * 设置页表 */ void create_page_table(void) { /* * 用于段描述符的一些宏定义 */ #define MMU_FULL_ACCESS (3 << 10) /* 访问权限 */ #define MMU_DOMAIN (0 << 5) /* 属于哪个域 */ #define MMU_SPECIAL (1 << 4) /* 必须是1 */ #define MMU_CACHEABLE (1 << 3) /* cacheable */ #define MMU_BUFFERABLE (1 << 2) /* bufferable */ #define MMU_SECTION (2) /* 表示这是段描述符 */ #define MMU_SECDESC (MMU_FULL_ACCESS | MMU_DOMAIN | MMU_SPECIAL | / MMU_SECTION) #define MMU_SECDESC_WB (MMU_FULL_ACCESS | MMU_DOMAIN | MMU_SPECIAL | / MMU_CACHEABLE | MMU_BUFFERABLE | MMU_SECTION) #define MMU_SECTION_SIZE 0x00100000 unsigned long virtuladdr, physicaladdr; unsigned long *mmu_tlb_base = (unsigned long *)0x30000000; /* * Steppingstone的起始物理地址为0，第一部分程序的起始运行地址也是0， * 为了在开启MMU后仍能运行第一部分的程序， * 将0～1M的虚拟地址映射到同样的物理地址 */ virtuladdr = 0; physicaladdr = 0; *(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | / MMU_SECDESC_WB; /* * 0x56000000是GPIO寄存器的起始物理地址， * GPBCON和GPBDAT这两个寄存器的物理地址0x56000050、0x56000054， * 为了在第二部分程序中能以地址0xA0000050、0xA0000054来操作GPFCON、GPFDAT， * 把从0xA0000000开始的1M虚拟地址空间映射到从0x56000000开始的1M物理地址空间 */ virtuladdr = 0xA0000000; physicaladdr = 0x56000000; *(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | / MMU_SECDESC; /* * SDRAM的物理地址范围是0x30000000～0x33FFFFFF， * 将虚拟地址0xB0000000～0xB3FFFFFF映射到物理地址0x30000000～0x33FFFFFF上， * 总共64M，涉及64个段描述符 */ virtuladdr = 0xB0000000; physicaladdr = 0x30000000; while (virtuladdr < 0xB4000000) { *(mmu_tlb_base + (virtuladdr >> 20)) = (physicaladdr & 0xFFF00000) | / MMU_SECDESC_WB; virtuladdr += 0x100000; physicaladdr += 0x100000; } } /* * 启动MMU */ void mmu_init(void) { unsigned long ttb = 0x30000000; __asm__( "mov r0, #0/n" "mcr p15, 0, r0, c7, c7, 0/n" /* 使无效ICaches和DCaches */ "mcr p15, 0, r0, c7, c10, 4/n" /* drain write buffer on v4 */ "mcr p15, 0, r0, c8, c7, 0/n" /* 使无效指令、数据TLB */ "mov r4, %0/n" /* r4 = 页表基址 */ "mcr p15, 0, r4, c2, c0, 0/n" /* 设置页表基址寄存器 */ "mvn r0, #0/n" "mcr p15, 0, r0, c3, c0, 0/n" /* 域访问控制寄存器设为0xFFFFFFFF， * 不进行权限检查 */ /* * 对于控制寄存器，先读出其值，在这基础上修改感兴趣的位， * 然后再写入 */ "mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0/n" /* 读出控制寄存器的值 */ /* 控制寄存器的低16位含义为：.RVI ..RS B... .CAM * R : 表示换出Cache中的条目时使用的算法， * 0 = Random replacement；1 = Round robin replacement * V : 表示异常向量表所在的位置， * 0 = Low addresses = 0x00000000；1 = High addresses = 0xFFFF0000 * I : 0 = 关闭ICaches；1 = 开启ICaches * R、S : 用来与页表中的描述符一起确定内存的访问权限 * B : 0 = CPU为小字节序；1 = CPU为大字节序 * C : 0 = 关闭DCaches；1 = 开启DCaches * A : 0 = 数据访问时不进行地址对齐检查；1 = 数据访问时进行地址对齐检查 * M : 0 = 关闭MMU；1 = 开启MMU */ /* * 先清除不需要的位，往下若需要则重新设置它们 */ /* .RVI ..RS B... .CAM */ "bic r0, r0, #0x3000/n" /* ..11 .... .... .... 清除V、I位 */ "bic r0, r0, #0x0300/n" /* .... ..11 .... .... 清除R、S位 */ "bic r0, r0, #0x0087/n" /* .... .... 1... .111 清除B/C/A/M */ /* * 设置需要的位 */ "orr r0, r0, #0x0002/n" /* .... .... .... ..1. 开启对齐检查 */ "orr r0, r0, #0x0004/n" /* .... .... .... .1.. 开启DCaches */ "orr r0, r0, #0x1000/n" /* ...1 .... .... .... 开启ICaches */ "orr r0, r0, #0x0001/n" /* .... .... .... ...1 使能MMU */ "mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0/n" /* 将修改的值写入控制寄存器 */ : /* 无输出 */ : "r" (ttb) ); } 

 

leds.c

 

#define GPBCON (*(volatile unsigned long *)0xA0000010) #define GPBDAT (*(volatile unsigned long *)0xA0000014) #define GPB5_out (1<<(5*2)) #define GPB6_out (1<<(6*2)) #define GPB7_out (1<<(7*2)) #define GPB8_out (1<<(8*2)) static inline void wait(unsigned long dly) { unsigned int time; for(; dly > 0; dly--) { for(time=0;time<50;time++); } } int main(void) { unsigned long i = 0; GPBCON = GPB5_out|GPB6_out|GPB7_out|GPB8_out; while(1){ wait(30000); GPBDAT = (~(i<<5)); if(++i == 16) i = 0; } return 0; }

 

mmu.lds

SECTIONS { firtst 0x00000000 : { head.o init.o } second 0xB0004000 : AT(2048) { leds.o } }

 

makefile

objs := head.o init.o leds.o mmu.bin : $(objs) arm-linux-ld -Tmmu.lds -o mmu_elf $^ arm-linux-objcopy -O binary -S mmu_elf $@ arm-linux-objdump -D -m arm mmu_elf > mmu.dis %.o:%.c arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o $@ $< %.o:%.S arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o $@ $< clean: rm -f mmu.bin mmu_elf mmu.dis *.o

 

实验平台：友善之臂－－MINI2440

make后将生成的mmu.bin用openjtag烧写到NANDFLASH，发现四个LED全亮，没有其他反应。

最后发现是arm-linux-gcc 版本的问题，我用的是友善提供的交叉编译工具链，版本为4.4.3，然后换成《嵌入式LINUX应用开发完全手册》光盘中提供的3.4.5的版本后，一切都正常了。

但是为什么4.4.3版本的就有问题呢？有待于进一步研究。