ARM MMU页表框架
先上一张arm mmu的页表结构的通用框图(以下的论述都由该图来逐渐展开):
以上是arm的页表框图的典型结构:即是二级页表结构:
其中第一级页表(L1)是由虚拟地址的高12bit(bits[31:20])组成,所以第一级页表有4096个item,每个item占4个字节,所以一级页表的大小为16KB,而在第一级页表中的每个entry的最低2bit可以用来区分具体是什么种类的页表项,2bit可以区分4种页表项,具体每种页表项的结构如下:
简而言之L1页表的页表项主要有两大类:
第一大类是指向第二级页表(L2页表)的基地址;
第二类直接指向1MB的物理内存。
在L1页表中每个表项可以覆盖1MB的内存,由于有4096K个选项(item),所以总计可以覆盖4096K*1MB=4GB的内存空间。
具体对应到linux,由于linux的软件架构是支持3级页表结构,而arm架构实际只有2级的页表结构,所以linux代码中的中间级页表的实现是空的。在linux代码中,第一级的页表的页目录表项用pgd表示,中间级的页表的页目录表项用pud表示(arm架构其实不需要),第三级的页表的页目录表项用pmd表示(由于中间pud是空的,所以pgd=pmd),另外目前arm体系的移动设备中RAM的page大小一般都是4KB/page,所以L1页表中的页表项都是指向fine page table的。
但在linux内核启动的初始化阶段,临时建立页表(initial page tables)以供linux内核初始化提供执行环境,这时L1的页表项使用的就是第二种页表项(section enty),他直接映射的是1M的内存空间。具体的可以参考arch/arm/kernel/head.S中的__create_page_tables函数,限于篇幅,这里就不展开说了。
针对这种section page translation,mmu硬件执行虚拟地址转物理地址的过程如下: