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Linux学习 ： 裸板调试 之 使用MMU
MMU（Memory Management Unit，内存管理单元）,操作系统通过使用处理器的MMU功能实现以下：
1）虚拟内存。有了虚拟内存，可以在处理器上运行比实际物理内存大的应用程序。为了使用虚拟内存，操作系统通常要设置一个交换分区（通常是硬盘），通过将不活跃的内存中的数据放入交换分区，操作系统可以腾出其空间来为其它的程序服务。虚拟内存是通过虚拟地址来实现的。
2）内存保护。根据需要对特定的内存区块的访问进行保护，通过这一功能，我们可以将特定的内存块设置成只读、只写或是可同时读写。
实验平台：s3c2440
@*************************************************************************@ 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 @ ldr pc, =mainhalt_loop: b halt_loop
初始化、启动MMU:
/* * 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 = http://www.mamicode.com/(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， * GPFCON和GPFDAT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;// ARM休系架构与编程// 嵌入汇编：LINUX内核完全注释__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) );}
led测试C代码：
/* * leds.c: 循环点亮4个LED * 属于第二部分程序，此时MMU已开启，使用虚拟地址 */ #define GPFCON (*(volatile unsigned long *)0xA0000050) // 物理地址0x56000050#define GPFDAT (*(volatile unsigned long *)0xA0000054) // 物理地址0x56000054#define GPF4_out (1<<(4*2))#define GPF5_out (1<<(5*2))#define GPF6_out (1<<(6*2))/* * wait函数加上“static inline”是有原因的， * 这样可以使得编译leds.c时，wait嵌入main中，编译结果中只有main一个函数。 * 于是在连接时，main函数的地址就是由连接文件指定的运行时装载地址。 * 而连接文件mmu.lds中，指定了leds.o的运行时装载地址为0xB4004000， * 这样，head.S中的“ldr pc, =0xB4004000”就是跳去执行main函数。 */static inline void wait(unsigned long dly){ for(; dly > 0; dly--);}int main(void){ unsigned long i = 0; GPFCON = GPF4_out|GPF5_out|GPF6_out; // 将LED1,2,4对应的GPF4/5/6三个引脚设为输出 while(1){ wait(30000); GPFDAT = (~(i<<4)); // 根据i的值，点亮LED1,2,4 if(++i == 8) i = 0; } return 0;}
Makefile:
objs := head.o init.o leds.ommu.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
特殊链接：
SECTIONS { firtst 0x00000000 : { head.o init.o } second 0xB0004000 : AT(2048) { leds.o }}
Linux学习 ： 裸板调试 之 使用MMU
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