linux管理分散物理内存

arm a9 跑linux 使用mmu时 是否可以在uboot参数表中指定linux可管理的几片物理地址空间？

直接回答：是的，完全可以，而且这正是一种标准的、推荐的做法。

当ARM A9运行使用MMU的Linux时，你不能也不应该让Linux管理所有的物理内存。通过U-Boot的参数表（主要是bootm命令使用的设备树Blob）来明确指定Linux可管理的物理内存区域是标准流程。

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工作原理：U-Boot如何告知Linux内存布局

在现代Linux中，这个过程几乎总是通过设备树（Device Tree Blob, DTB） 来完成。U-Boot的工作是准备好DTB并将其传递给Linux内核。

1. U-Boot的职责：

   • 检测或硬编码配置系统的物理内存布局。
   • 将内存布局信息（起始地址和大小）编码到设备树的 /memory 节点中。
   • 将最终的DTB地址通过r2寄存器（在ARM上）传递给Linux内核。

2. Linux内核的行为：

   • 内核启动后，首先解析U-Boot通过r2传来的DTB地址。
   • 在DTB中查找 /memory 节点。
   • 将这些节点中描述的物理地址范围添加到内核的内存管理器（如Buddy Allocator）的可用资源中。
   • 此后，内核的MMU和虚拟内存系统将只管理这些指定的物理内存。

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设备树中的内存节点示例

设备树中描述内存的节点通常看起来像这样：

/ {
    /* ... 其他节点 ... */

    // 这是定义可用物理内存的地方
    memory@80000000 {
        device_type = "memory";
        reg = <0x80000000 0x10000000>; // 起始地址 0x80000000, 大小 0x10000000 (256MB)
    };

    // 你可以定义多个内存区域！
    memory@c0000000 {
        device_type = "memory";
        reg = <0xc0000000 0x20000000>; // 另一片内存：起始 0xc0000000, 大小 0x20000000 (512MB)
    };

    /* ... 其他节点 ... */
};

关键点：

• reg 属性：每个< >对定义了一片连续的物理内存区域。
• 多个区域：你可以定义多个memory节点或一个节点包含多个reg条目，以此来告诉Linux系统中有多片不连续的物理内存可供使用。这对于处理保留区域（如GPU、DSP专用内存）至关重要。

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为什么需要这样做？内存管理的“保留区域”

系统物理内存的很大一部分通常会被保留给其他特定用途，Linux绝不能去触碰这些区域。U-Boot通过DTB告诉Linux哪些是“可用”的，也就隐式地定义了哪些是“不可用”的（保留的）。

常见的保留区域包括：

1. U-Boot自身：U-Boot在内存中运行，解压和加载内核后，它所在的内存区域必须被标记为保留，以免被Linux覆盖。
2. 设备树Blob (DTB)：U-Boot将DTB加载到内存的某个位置，这个区域必须保留。
3. Linux内核映像：内核被加载到内存中并开始执行，它自身所在的代码段和数据段区域需要被保留。
4. Initramfs：如果使用了初始RAM文件系统，它所在的内存也需要保留。
5. 特定硬件功能：
   • GPU/VPU专用内存：SoC的GPU通常需要一片连续的、大的物理内存（CMA，Contiguous Memory Allocator）。
   • DSP/协处理器内存：另一个处理器核心可能需要独占一片内存。
   • 共享内存：用于Linux与协处理器或其他操作系统（如RTOS）之间通信的内存区域。
   • 硬件寄存器：SoC外设的寄存器地址空间，通常通过reserved-memory节点保留。
6. DMA引擎：有些DMA引擎只能访问特定的内存地址范围。

在设备树中定义保留内存

保留内存通常在设备树中显式声明，这样内核和驱动程序都会避免使用它们。

/ {
    reserved-memory {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;
        ranges;

        // 为GPU保留128MB内存
        gpu_memory: region@98000000 {
            compatible = "shared-dma-pool";
            reg = <0x98000000 0x8000000>; // 128MB
            no-map; // 非常重要！告诉内核不要映射此区域用于常规用途
        };

        // 为DSP保留64MB内存
        dsp_memory: region@a0000000 {
            reg = <0xa0000000 0x4000000>; // 64MB
            no-map;
        };
    };

    // 然后，设备节点可以引用这些保留区域
    gpu: gpu@ff300000 {
        compatible = "vendor,gpu";
        memory-region = <&gpu_memory>; // 指向上面定义的保留区域
        /* ... */
    };
};

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总结：U-Boot和Linux的协作流程

1. 硬件上电 -> 运行U-Boot。
2. U-Boot：
   • 初始化硬件，检测内存。
   • 将设备树（DTB）和Linux内核映像（zImage）加载到内存的特定地址。
   • 修改DTB：在DTB的 /memory 节点中设置可用的物理内存范围，并在 /reserved-memory 节点或 /chosen 节点中设置保留的内存范围（如内核、DTB自身所在的位置）。
   • 使用 bootm <kernel_addr> <ramdisk_addr> <dtb_addr> 命令启动内核，并将DTB地址通过寄存器传递给内核。
3. Linux内核：
   • 从DTB中读取物理内存信息。
   • 初始化MMU和虚拟内存系统，仅管理DTB中声明的可用物理内存。
   • 将DTB中声明的保留区域排除在内存分配池之外。

所以，通过U-Boot参数（最终体现在DTB中）指定Linux可管理的物理内存片，不仅是可行的，更是启动一个稳定可靠的Linux系统的标准且必要的方法。

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没有dts时候，指定mmu使用的空间，可以atag/mem cmdline方法。
比如Linux 2.6 vintage系统的启动核心，在设备树（DTS）成为标准之前，通过U-Boot传递的ATAG列表（特别是ATAG_MEM和ATAG_CMDLINE）来指定Linux可管理的物理内存空间。**

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核心机制：ATAGs

在Linux 2.6时代（以及更早的版本），ARM平台使用一种称为ATAG（Auxiliary TAG）的数据结构来由Bootloader（如U-Boot）向内核传递系统信息。这是一个保存在内存中的链表，包含了内存大小、根设备、命令行参数等关键信息。

U-Boot通过寄存器r2向Linux内核传递ATAG列表的起始物理地址。

关键的内存相关ATAG：

1. ATAG_MEM：

   • 作用：定义一片连续的、可用的物理内存区域。
   • 特点：可以传递多个ATAG_MEM标签，以此来告诉内核系统中有多片物理内存。这是回答你问题的关键。

2. ATAG_CMDLINE：

   • 作用：传递内核命令行参数（bootargs）。
   • 与内存相关：可以通过mem=参数来覆盖或进一步限制从ATAG_MEM获得的内存信息。这在你有非常特殊的保留区域时非常有用。

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如何实现：在U-Boot中指定多片内存

你需要通过组合使用多个ATAG_MEM 和 内核命令行参数 来实现。

方法1：快捷方法 - 使用内核命令行参数 mem=

如果修改U-Boot代码不方便，或者只是想临时测试，你可以使用U-Boot的bootargs环境变量来传递mem=参数。

在U-Boot命令行中设置：

# 语法：mem=<size>[@<start>]
# 设置第一片内存：从0x80000000开始的256MB
setenv bootargs console=ttyAMA0,115200 mem=256M@0x80000000

# 或者，如果你想定义两片不连续的内存，可以多次使用mem=参数
setenv bootargs console=ttyAMA0,115200 mem=256M@0x80000000 mem=128M@0xc00000000
saveenv

方法2：主要方法 - 修改U-Boot代码传递多个 ATAG_MEM

这是最正式、最可靠的方法。你需要修改U-Boot的板级支持包（通常是lib_arm/armlinux.c或板级文件中的setup_memory_tags()函数）。

示例：假设你的A9平台有兩片内存：

• DRAM1: 0x80000000 - 0x8fffffff (256MB)
• DRAM2: 0xc0000000 - 0xc7ffffff (128MB)

你的U-Boot代码需要生成一个像这样的ATAG列表：

/* 假设在某个设置ATAG的函数中 */
struct tag *params = (struct tag *)bd->bi_boot_params; // 获取ATAG列表起始地址

/* 设置第一个内存区域 */
params->hdr.tag = ATAG_MEM;
params->hdr.size = tag_size(tag_mem32);
params->u.mem.start = 0x80000000; // 起始地址
params->u.mem.size = 0x10000000;  // 大小 256MB
params = tag_next(params);         // 指向下一个ATAG位置

/* 设置第二个内存区域 */
params->hdr.tag = ATAG_MEM;
params->hdr.size = tag_size(tag_mem32);
params->u.mem.start = 0xc0000000; // 起始地址
params->u.mem.size = 0x08000000;  // 大小 128MB
params = tag_next(params);         // 指向下一个ATAG位置

/* ... 设置其他ATAG（如CMDLINE, INITRD等） ... */

/* 最后设置一个ATAG_NONE标签表示列表结束 */
params->hdr.tag = ATAG_NONE;
params->hdr.size = 0;
params = tag_next(params);

这样，Linux内核在启动时，会遍历ATAG列表，收集到所有ATAG_MEM标签，并将这些区域全部添加到它的内存管理系统中。

重要说明：

• mem=参数会覆盖从ATAG列表中获得的所有内存信息。如果你在ATAG中传了512MB，但在命令行写mem=256M，内核最终只能看到256MB。
• 使用多个mem=参数来定义多片内存是内核支持的特性，你需要确认你使用的Linux 2.6内核版本编译时开启了CONFIG_ARCH_PHYS_ADDR_T_64BIT或其他相关选项来支持物理地址扩展，否则可能无法正确识别高位地址的内存。

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2. Linux启动后保留：

   • 让内核看到所有内存，然后在Linux启动后，由特定的设备驱动程序通过request_mem_region()和ioremap()等API来申请并独占某块物理内存区域，使其不会被内存分配器分配给其他人。比如iomem空间用于soc上各模块reg访问的，of_io_request_and_map可以完成预留。
   • 这是一种“先到先得”的软件保留方式。

3. 修改U-Boot：

   • 最可靠的方法：直接修改U-Boot的setup_memory_tags()函数，只将你想让Linux管理的物理地址范围通过ATAG_MEM传递过去。那些你不想让Linux管理的“保留区域”，直接不加入ATAG列表即可。U-Boot自己知道这些区域的存在，并且不会使用它们来加载内核或DTB，这样就实现了物理上的隔离。

总结：无DTS时代的流程

1. U-Boot职责：

   • 初始化硬件，检测所有物理内存。
   • 决定哪些内存区域分配给Linux。
   • 在内存中构建一个ATAG列表，其中包含一个或多个ATAG_MEM标签，每个标签描述一片Linux可用的物理内存。
   • 通过寄存器r2将ATAG列表的起始地址传递给Linux内核。
   • 通过bootargs中的mem=参数可以覆盖ATAG的设置。

2. Linux内核行为：

   • 从r2寄存器获取ATAG列表地址。
   • 遍历ATAG列表，收集所有ATAG_MEM信息。
   • 解析bootargs中的mem=参数（如果有），并据此调整可用的内存范围。
   • 初始化MMU和内存管理系统，仅管理通过这些机制告知它的物理内存。

因此，对于你的Linux 2.6系统，修改U-Boot代码以传递多个ATAG_MEM标签是指定多片物理内存空间的标准且最有效的方法。