内存管理单元MMU概述

内存管理单元（Memory Management Unit）简称MMU
功能: ①负责虚拟地址到物理地址的映射 ②提供硬件机制的内存访问权限检查。
Q：内存访问权限检查什么意思？
A：举个例子，比如在我们Windows系统的PC中，在一个时间段需要依次运行A，B，C三个应用程序，这三个程序在我们的内存地址中都有其相对应的地址空间。当我们在运行A程序出现错误或者有可能会破坏B程序时，这时由于内存访问权限的存在就使得A程序无法访问B程序所在的内存地址空间，从而避免了由于一个程序的错误而导致损坏其它内存空间的程序，这就是内存访问权限的作用。

这里我们具体看MMU的第一个功能：地址映射。
S3C2440中相关的结构分布如下图：

假设CPU要读/写外部存储器SDRAM中的某一内存地址的数据，这时候有两条路可以选择：
1.④⑤
2.①②③

如果选择第一条路：
CPU发出的地址就可以理解为物理地址，然后经过存储管理器确定SDRAM中相应的行与列最后读取具体的数据。
如果选择第二条路：
CPU发出的地址就可以理解为虚拟地址，经过MMU后出来的就可以认为是物理地址，然后经过存储管理器确定SDRAM中相应的行与列最后读取具体的数据。这里MMU的作用就是把虚拟地址映射为物理地址。

总结：CPU本身不关心地址是物理地址或是虚拟地址，它只管发出这个地址，然后最后读取数据。不关注这个过程具体怎么完成的，平时我们写程序时的链接地址，在CPU这里并不去区分什么物理地址还是虚拟地址，在它看来不管是什么都只是一个地址而已。

虚拟地址（VA，Virtual Address）到物理地址（PA，Physical Address）的转换过程：
这里我们只是简单说一下，不需要太深究，因为这些都是由MMU中硬件完成的，如果想具体的了解可以参考韦东山老师写的《嵌入式Linux应用开发完全手册》。

VA到PA一般有两种方法：1.用一个确定的数学公式进行转换。 2.用表格存储虚拟地址对应的物理地址。这类表格称为页表（Page table），页表由一个个条目（Entry）组成，每个条目存储了一段虚拟地址对应的物理地址及其访问权限，或者是下一级页表的地址。

mips使用的是第一种方法: VA=f(PA)=0xA0000000+PA，也就是PA=0xA0000000-VA。

我们学的ARM CPU用的是第二种方法，S3C2410/S3C2440最多会用到两级页表：
①如果以段（Section，1MB）的方式进行转换时只用到一级页表；
②以页（Page）的方式进行转换时用到两级页表。这里的页的大小有3种：大页（64KB），小页（4KB），极小页（1KB）。条目也称为“描述符（Descriptor）”，它有：段描述符、大页描述符、小页描述符、极小页描述符，它们保存着段、大页、小页、极小页的起始物理地址；粗页表描述符、细页表描述符，它们保存二级页表的物理地址。

具体转换过程：
1. 根据给定的虚拟地址找到一级页表中的条目。
2. 如果此条目是段描述符，则返回物理地址，转换结束，否则跳到3。
3. 如果此条目是二级页表描述符，继续利用虚拟地址在此二级页表中找到下一个条目。
4. 如果第二个条目是页描述符，则返回物理地址，转换结束。
5. 其它情况出错。

举个例子：我们用段的方式进行转换，由于ARM CPU是32位的，所以最大寻址范围为2^32=4GB，也就是虚拟地址表示的范围为0~4096MB，一个段为1MB，所以我们用的表格就是4096个1MB的段组成的，然后一个段保存着相应的起始物理地址。

这里描述通过一级页表形式的转换过程图：

内存管理单元MMU概述