Cortex-A7：一级页表（First level address translation）描述符格式及虚拟地址（VA）到物理地址（PA）转换过程

0 参考资料

ARM Cortex-A(armV7)编程手册V4.0.pdf

1 Cortex-A7：一级页表（First level address translation）描述符格式及虚拟地址（VA）到物理地址（PA）转换过程

1.1 一级页表（First level address translation）描述符格式

一级页表描述符支持4种格式，格式如下：

从上到下依次为：
（1）Fault。无效描述符。当使用到无效一级页表描述符做地址转换时将会产生一个缺页异常。
（2）Pointer to 2nd level page table，指向2级页表，粗表。粗表存储了粗粒度的二级页表基地址，能将1级页表管理的1MB内存空间进一步细分。
（3）Section，段。直接使用一级页表管理内存空间，里面存储了段基地址。使用4Byte管理1MB内存空间。
（4）Supersection，超级段。直接使用一级页表管理内存空间，里面存储了超级段基地址。超级段使用4Byte管理16MB内存空间。

1.2 一级页表（First level address translation）虚拟地址（VA）到物理地址（PA）转换过程

1.2.1 查找虚拟地址对应的一级页表描述符地址

假设一级页表基地址是0x12300000，访问的虚拟地址是0x00100000。那么一级页表描述符地址=0x12300000+0x004（虚拟地址高12bit值）=0x12300004。
虚拟地址的高12bit决定了一级页表描述符的偏移地址，因为一个一级页表描述符管理1MB内存空间。关系可以参照下表：

也可以这么理解，将4GB（0-4294967295）包含的虚拟地址写成如下形式：

VA = 1MB*x（高12bit）+(0-1MB)（低20bit）

x取值范围为0-4095，且每一个内存地址都会有唯一的一级页表描述符地址与之对应。

1.1.2 根据一级页表描述符进行地址转换

一级页表描述符格式包含4种，每种格式的转换操作也不一样。本例以一级页表描述符格式为段的情况介绍其地址转换过程。下图是虚拟地址到物理地址的转换过程：

操作非常简单，在找到了虚拟地址对应的一级页表描述符地址后，将一级页表描述符存储的段基地址+虚拟地址的低20bit组成物理地址。简单来说就是：

PA = 段基地址 + VA低20bit。

3 总结

（1）一级页表描述符支持4种格式，分别是Fault（无效描述符）、粗表、段（4Byte管理1MB内存空间）、超级段（4Byte管理16MB内存空间）。

（2）使用段作为一级页表描述符格式，地址转换过程可以用如下示意图表示：