smmu梳理

最新推荐文章于 2025-08-27 10:12:00 发布
原创 最新推荐文章于 2025-08-27 10:12:00 发布 · 1.1k 阅读 · 7 ·
CC 4.0 BY-SA版权
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
文章标签：

#linux

smmu 用途

用途： （参考引用见 参考资料章节）

在这里插入图片描述

访问非连续的地址
现在系统中很少再预留连续的memory，如果Master需要很多memory，可以通过SMMU把一些非连续的PA映射到连续的VA，例如给DMA，VPU，DPU使用。

32位转换成64位
现在很多系统是64位的，但是有些Master还是32位的，只能访问低4GB空间，如果访问更大的地址空间需要软硬件参与交换memory，实现起来比较复杂，也可以通过SMMU来解决，Master发出来的32位的地址，通过SMMU转换成64位，就很容易访问高地址空间。

限制Master的访问空间
Master理论上可以访问所有的地址空间，可以通过SMMU来对Master的访问进行过滤，只让Master访问受限的区域，那这个区域也可以通过CPU对SMMU建立页表时动态控制。

用户态驱动
现在我们也看到很多系统把设备驱动做在用户态，调用驱动时不需要在切换到内核态，但是存在一些安全隐患，就是用户态直接控制驱动，有可能访问到内核空间，这种情况下也可以用SMMU来实现限制设备的访问空间

设备虚拟化
例如设备虚拟化有多种方式，Emulate，Para-virtualized，以及Pass-through，用SMMU可以实现Pass though，这样无论是性能，还是软件的改动都是比较小的。

一些不支持TrustZone的Master，可以利用SMMU支持Trustzone

smmu 参考资料

[architecture]-ARM SMMU学习概念总结一篇就够了 https://blog.youkuaiyun.com/weixin_42135087/article/details/121926234
ARM SMMU的原理与IOMMU https://blog.youkuaiyun.com/21cnbao/article/details/108915163

【QNX+Android虚拟化方案】04 - QNX Host 上电开机过程 进一步梳理
|~~~热爱生活、努力学习的小伙汁~~~|
08-20 1219
【QNX+Android虚拟化方案】04 - QNX Host 上电开机过程 进一步梳理
android内存碎片问题优化梳理
buhui912的专栏
04-20 5832
内存碎片对相机性能的影响 这里说的碎片是物理内存碎片，而且是外部碎片问题。先说下为什么要关注内存碎片，因为手机系统的内存碎片严重会对相机性能带来了如下不好的影响： 1: 首先是相机的内存分配性能会受影响，会变得耗时很多。 具体体现在相机发出大块连续物理内存(order>0)分配需求时，会受阻，会长时间陷入到direct reclaim中。 相机场景下，ion和gpu内存分配, 创建子线程分配内核栈操作等都有这种连续物理内存分配需求。 2: kswapd和kcompactd会异常活跃，会时常跑
内存管理(mmu/smmu)/内存分配原理/多级页表
cy413026的博客
01-26 3583
在没有内存管理的时代，物理空间只能连续的使用，一个进程要用多少存储，在进程开始就确定好了，但是进程在运行过程中由于程序局部性的原理，在一段时间内可能只使用了分配好的内存的一部分，其余大部分时间都是空闲的；另外一个问题由于地址对齐的需求，在给同时调度的多个进程分配物理空间的时候，有很多小的地址段(这个内存管理的需求也是慢慢发展而来，早期总线上的master是直接使用物理地址，再到发展出对CPU进行内存管理的MMU，到现在给SOC内部的各个具有DMA功能的模块进行内存管理的IOMMU或者叫做SMMU。
MMU和SMMU/IOMMU使用场景和区别，SMMU技术与cache
cy413026的博客
02-22 1万+
1.各种MMU MMU是memory manage unit 内存管理单元； SMMU是system memory manage unit 系统内存管理单元； IOMMU和SMMU的功能基本相同，只是不同厂商的叫法。 2.各种MMU的使用场景 MMU是cpu和各种处理器对应的内存管理单元； SMMU/IOMMU是DMA使用的内存管理单元 2.1 各自的使用场景 2.1.1 地址转换 MMU是处理器与内存之间的VA和PA的地址转换，个人理解是用户程...
ARM MMU500 R2P4 TRM文档
01-23
ARM MMU500 r2p4_technical_reference_manual。。。。。
ARM SMMU介绍
04-20 2003
SMMU：system Memory Management Unit系统存储管理单元 类似于CPU流水线中的MMU，SMMU负责翻译IO主设备对内存等从设备的读写请求地址，例如DMA，主设备读写请求也会发送到CPU物理地址总线上。IO设备上的DMA会对CPU物理地址总线上的内存单元进行读写访问；IO设备上某些其他逻辑，例如PCI MSI也会对CPU物理地址总线上的MSI消息中断寄存器进行读写。一般说来，SMMU主要是用于DMA传输地址的翻译。 DMA地址翻译主要是基于两个原因：地址隔离和简化编程。
SMMU介绍
weixin_50518899的博客
03-22 6063
最终找到的STE如下所示，表中的信息包含属性相关信息， 翻译模式信息（是否 stream bypass, 若否，选择stage1, stage2或者stage1 + stage2翻译模式）。找到STE后可以进一步开始S1翻译或S2翻译。
[A-24][V-09]ARMv8/v9-SMMU工作场景与SMMU的虚拟化架构
基层架构师的分享
12-28 1672
本文基于SMMUv3介绍了其在两级地址翻译中的使用场景，最后介绍了SMMUv3的虚拟化框架。
linux中SMMU预留内存一般是哪个模块使用
06-06
第二要梳理驱动模型（iommu和dma-mapping子系统如何协作）；第三必须举出具体子系统案例（GPU/iommu/remoteproc），这正是用户引用的[1]中提到的设备类型。考虑到用户引用资料里出现了内存地址划分（[2]）和mmap（[3...
ARM SMMU学习笔记
Peter的专栏
10-26 1438
1. 什么是SMMU？SMMU（system mmu),是I/O device与总线之间的地址转换桥。它在系统的位置如下图：它与mmu的功能类似，可以实现地址转换，内存属性转换，权限检查等...
SMMU学习这一篇就够了
01-19
访问非连续的地址 现在系统中很少再预留连续的memory，如果Master需要很多memory，可以通过SMMU把一些非 连续的PA映射到连续的VA，例如给DMA，VPU，DPU使用。 32位转换成64位 现在很多系统是64位的，但是有些Master还是32位的，只能访问低4GB空间，如果访问更大的地址 空间需要软硬件参与交换memory，实现起来比较复杂，也可以通过SMMU来解决，Master发出来 的32位的地址，通过SMMU转换成64位，就很容易访问高地址空间。 限制Master的访问空间 Master理论上可以访问所有的地址空间，可以通过SMMU来对Master的访问进行过滤，只让 Master访问受限的区域，那这个区域也可以通过CPU对SMMU建立页表时动态控制。 用户态驱动 现在我们也看到很多系统把设备驱动做在用户态，调用驱动时不需要在切换到内核态，但是存在一 些安全隐患，就是用户态直接控制驱动，有可能访问到内核空间，这种情况下也可以用SMMU来实 现限制设备的访问空间 设备虚拟化 例如设备虚拟化有多种方式，Emulate，Para-virtualized，以及Pass-t
三、ARM_SMMU_下
凡物加倍磨治，皆能变化气质
12-25 2551
SMMU驱动代码分析
SMMU 介绍
热门推荐
flyingnosky的专栏
08-04 1万+
SMMU在系统中位置和作用 SMMU功能与MMU功能类似，将IO设备的DMA地址请求(IOVA)转化为系统总线地址(PA)，实现地址映射、属性转换、权限检查等功能，实现不同设备的DMA地址空间隔离。 SMMU软硬件交互过程 硬件结构如下图所示： SMMU处于IO设备和总线之间，负责将设备的输入IOVA转化为系统总线的物理地址PA; SMMU硬件包含configuration lookup/TLB/Page Table Walk以及cmdq/eventq等部分，其中configurati.
SMMU-系统内存管理单元-负责虚拟地址到物理地址的转换
最新发布
captain
08-27 1401
SMMU的全称是，即系统内存管理单元。您可以把它理解为一个为系统外部设备服务的“MMU”。MMU：我们都知道，CPU 核心有一个 MMU。它的作用是负责虚拟地址到物理地址的转换，为 CPU 上运行的进程提供隔离、安全的内存访问视图。SMMU：它为系统中其他需要直接访问内存的设备（如 GPU、网卡、视频编解码器、存储控制器等）提供同样的地址转换和访问权限管理功能。简单来说，SMMU 让设备能够像进程一样使用虚拟地址，并由硬件自动、高效地转换为物理地址。
三、ARM_SMMU_上
凡物加倍磨治，皆能变化气质
10-31 3353
本篇参考 arm 官网公开材料，和知乎 hello小崔的LInux笔记
arm SMMU
wu7244582的专栏
03-11 2169
相当于x86下面的IOMMU，是不同架构的不同实现。统一在linux中的IOMMU框架内部，都由结构体 iommu_device 管理。 SMMU的作用是将设备的DMA请求地址翻译成可用的物理地址，当不开启SMMU时也可以直接使用DMA来搬运内存。SMMU是为了安全考虑中间加了一道。 结构体关系如下图，smmu domian和 iommu的domain的关系，以及iommu group的作用 x86下通过intel_iommu=on 来开启 ref： ARM SMMU的原理与IOMMU
ARM SMMU原理与IOMMU技术（“VT-d” DMA、I/O虚拟化、内存虚拟化）
hknaruto的专栏
05-18 4045
VT-d DMA Remapping的硬件能力主要是由IOMMU来提供，通过引入根Context Entry和IOMMU Domain Page Table等机制来实现直通设备隔离和DMA地址转换的目的。那么具体是怎样实现的呢？下面将对其进行介绍。根据DMA Request是否包含地址空间标志(address-space-identifier)我们将DMA Request分为2类不含地址空间标志的DMA Request。
【ARM】SMMU系统虚拟化(1)_特征功能详解
Maaaa的博客
07-18 2775
内部文档整理MMU-500 是一个系统级的内存管理单元（Memory Management Unit, MMU），它负责将输入地址转换为输出地址，这一过程基于 MMU-500 内部寄存器和转换表中的地址映射和内存属性信息。地址转换阶段地址从输入地址转换到输出地址的过程被称为地址转换的一个阶段。支持 ARM 架构MMU-500 支持 ARMv7 和 ARMv8 架构定义的转换表格式。转换类型第一阶段转换。
smmu
06-25
<think>首先，用户的问题是：“我想与SMMU相关的技术查询请问SMMU技术原理使用场景配置方法”。用户要求我提供关于SMMU的技术原理、使用场景和配置方法的信息。从系统级指令中：-所有行内数学表达式必须使用$...$格式。-独立公式必须使用$$...$$格式并单独成段。-LaTeX语法必须正确。-使用中文回答。-生成相关问题。-在回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识，例如[^1]。用户可见层指令：-回答结构清晰，帮助用户逐步解决问题。-尽量保证回答真实可靠。参考站内引用提供了三个引用：-[^1]:关于SMMU的工作模式，特别是Stage-1和Stage-2。-[^2]:简要介绍了SMMU的系统架构、内部结构、核心功能。-[^3]:解释了IOMMU/SMMU的地址翻译过程，涉及虚拟地址和物理地址的翻译。我需要基于这些引用构建我的回答，因为它们是与SMMU相关的。用户的问题聚焦在技术原理、使用场景和配置方法。结构化我的回答：1.**技术原理**：解释SMMU是什么，它的核心功能，如地址翻译（Stage-1和Stage-2）。2.**使用场景**：讨论SMMU的应用，如在虚拟化环境中。3.**配置方法**：简要描述如何配置SMMU，基于引用中的信息。在回答中，自然地添加引用标识到引用段落的末尾。例如，如果我从引用[^1]中提取信息，就在那段末尾添加[^1]。生成相关问题：在回答结束时，添加一个“相关问题”部分，类似于示例中的“§§相关问题§§”。确保使用中文回答。大纲回答：-引言：简要介绍SMMU。-技术原理部分：-解释SMMU的地址翻译过程。-提及Stage-1和Stage-2模式。-使用场景部分：-讨论虚拟化中的应用。-配置方法部分：-描述基本配置，如Bypass模式和翻译模式。-结论。-相关问题。使用数学表达式：如果有任何方程或变量，用LaTeX格式。例如，地址翻译可能涉及虚拟地址到物理地址的映射，如$GPA\toHPA$。基于引用：-从引用[^1]：SMMU支持两级地址翻译（Stage-1和Stage-2）。-从引用[^2]：SMMU是ARM系统的核心Master，关联虚拟化技术。-从引用[^3]：IOMMU/SMMU用于将GPA翻译成HPA；使用多级页表。我的回答应真实可靠，所以我将基于这些信息进行阐述。最终输出格式：-回答主体。-然后“§§相关问题§§”部分。-相关问题应相关于SMMU。</think>### SMMU技术原理、使用场景与配置方法 SMMU（System Memory Management Unit）是ARM体系结构中的一种硬件组件，主要用于管理I/O设备的地址翻译和内存访问权限。它在虚拟化环境中尤为重要，能够提升系统的安全性和性能。下面我将逐步解析其技术原理、使用场景和配置方法，确保内容结构清晰且基于可靠的技术参考。 #### 1. **技术原理** SMMU的核心功能是实现地址翻译，类似于CPU中的MMU，但专为I/O设备设计。其原理基于多级页表机制，支持两级地址翻译（Stage-1和Stage-2），确保设备访问的内存地址被安全转换。 - **地址翻译过程**： SMMU将设备发出的地址（如Guest Physical Address, GPA）翻译为Host Physical Address (HPA)。这通过页表结构完成，类似于MMU的虚拟地址到物理地址的映射。翻译公式可表示为： $$ HPA = \text{Translation}(GPA) $$ 其中，翻译过程涉及查找页表项（PTEs），使用多级页表（如4级页表）来减少内存开销[^3]。 - **两级翻译模式**： - **Stage-1翻译**：主要用于Linux内核环境，直接将设备的虚拟地址（VA）翻译为物理地址（PA）。例如，在非虚拟化系统中，SMMU可以保护内核空间免受恶意设备访问[^1]。 - **Stage-2翻译**：在虚拟化场景中，Stage-1的输出（如VA）被进一步翻译为HPA，支持虚拟机（VM）隔离。Stage-2通常与Hypervisor结合，确保每个VM的GPA被安全映射到宿主机的HPA[^1]。 SMMU还支持Bypass模式，允许特定设备直接访问物理内存，而无需翻译，这在性能敏感场景中非常有用[^1]。 - **关键机制**： SMMU内部包括TLB（Translation Lookaside Buffer）缓存翻译结果，减少延迟；以及Context Bank管理不同设备的翻译上下文，确保隔离性。整体架构支持DMA重映射和访问控制，防止设备越权访问[^2]。 #### 2. **使用场景** SMMU广泛应用于虚拟化和安全关键系统，其场景包括： - **虚拟化环境**：在ARM服务器或移动设备中，SMMU使能I/O设备的透传（passthrough）。例如，在KVM虚拟化中，SMMU将虚拟机的GPA翻译为HPA，允许设备直接访问宿主内存，提升I/O性能并减少Hypervisor开销[^3]。这在云计算和容器化部署中很常见。 - **安全隔离**：在嵌入式系统或汽车电子中，SMMU用于隔离不同特权级的设备。例如，防止用户空间设备访问内核内存，减少安全漏洞风险[^2]。 - **性能优化**：在数据中心，SMMU的Bypass模式可用于高性能网络设备（如DPDK），绕过翻译以降低延迟；同时，TLB机制优化了频繁访问的地址翻译[^1]。 - **兼容性场景**：SMMU与x86的IOMMU（如Intel VT-d）类似，但针对ARM优化。它支持Linux内核的IOMMU子系统，广泛用于Android、服务器和IoT设备[^3]。 #### 3. **配置方法** SMMU的配置涉及硬件寄存器和软件驱动设置，通常在Bootloader或内核初始化阶段完成。配置方法基于工作模式选择： - **基本配置步骤**： 1. **初始化SMMU寄存器**：通过编程SMMU的全局寄存器（如SMMU_CR0）启用单元，并设置页表基地址。页表结构由软件（如Linux内核的IOMMU驱动）管理。 2. **选择工作模式**： - **Stage-1模式**：配置SMMU_SMR寄存器映射设备ID到Context Bank，并设置Stage-1页表。适用于非虚拟化系统。 - **Stage-2模式**：启用S2CR寄存器，链接到Stage-2页表（由Hypervisor管理）。用于虚拟化环境。 - **Bypass模式**：设置设备流（Stream）的SMMU_STR寄存器为Bypass，允许直接内存访问[^1]。 3. **页表设置**：使用多级页表格式（如ARM的LPAE），软件需分配页表内存并填充PTE。翻译粒度可配置为4KB或2MB。 4. **中断处理**：配置SMMU的全局中断寄存器（如SMMU_GERROR）处理翻译错误（如Page Fault）。 - **软件集成**：在Linux中，通过`iommu=on`内核参数启用SMMU，驱动（如ARM SMMUv3驱动）自动处理配置。虚拟化场景下，QEMU或KVM通过VFIO框架映射设备到VM[^3]。 示例配置代码（基于C伪代码）： ```c // 启用SMMU Stage-1模式 smmu_enable(SMMU_BASE); set_smmu_context(DEVICE_ID, PAGE_TABLE_BASE); // 设置设备上下文 if (needs_bypass) { set_smmu_bypass(DEVICE_ID); // Bypass特定设备 } ``` - **最佳实践**： - 测试时使用Bypass模式简化调试，生产环境启用翻译以增强安全。 - 监控SMMU性能计数器（如TLB miss）优化页表大小。 SMMU的灵活配置使其能适应多种系统需求，但需注意与MMU的协同（如避免地址冲突）[^2]。 #### 总结 SMMU作为ARM虚拟化的核心技术，通过地址翻译和隔离机制提升I/O安全与效率。其原理基于两级翻译模型，使用场景涵盖云计算、嵌入式安全等，配置方法依赖于硬件寄存器和软件驱动的协同。随着虚拟化技术的发展，SMMU在5G和AI边缘计算中的应用也在扩展[^2]。如需深入，建议参考ARM官方文档或Linux内核源码。
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

个

红包个数最小为10个

元

红包金额最低5元

当前余额3.43元 前往充值 >
需支付：10.00元
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明：

1.余额是钱包充值的虚拟货币，按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载，可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值