los_arch_mmu.h 文件参考

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结构体
struct	ArchMmu
	内存管理单元（英语：memory management unit，缩写为MMU），有时称作分页内存管理单元（英语：paged memory management unit，缩写为PMMU）。 更多...

类型定义
typedef struct ArchMmu	LosArchMmu
	内存管理单元（英语：memory management unit，缩写为MMU），有时称作分页内存管理单元（英语：paged memory management unit，缩写为PMMU）。 更多...

函数
BOOL	OsArchMmuInit (LosArchMmu *archMmu, VADDR_T *virtTtb)
STATUS_T	LOS_ArchMmuQuery (const LosArchMmu *archMmu, VADDR_T vaddr, PADDR_T *paddr, UINT32 *flags)
	LOS_ArchMmuQuery 获取进程空间虚拟地址对应的物理地址以及映射属性。 本函数是内核高频函数,通过MMU查询虚拟地址是否映射过,带走映射的物理地址和权限 更多...
STATUS_T	LOS_ArchMmuUnmap (LosArchMmu *archMmu, VADDR_T vaddr, size_t count)
	LOS_ArchMmuUnmap 解除进程空间虚拟地址区间与物理地址区间的映射关系 更多...
STATUS_T	LOS_ArchMmuMap (LosArchMmu *archMmu, VADDR_T vaddr, PADDR_T paddr, size_t count, UINT32 flags)
	LOS_ArchMmuMap 映射进程空间虚拟地址区间与物理地址区间 所谓的map就是生成L1,L2页表项的过程 更多...
STATUS_T	LOS_ArchMmuChangeProt (LosArchMmu *archMmu, VADDR_T vaddr, size_t count, UINT32 flags)
	LOS_ArchMmuChangeProt 修改进程空间虚拟地址区间的映射属性 改变内存段的访问权限,例如: 读/写/可执行/不可用 == 更多...
STATUS_T	LOS_ArchMmuMove (LosArchMmu *archMmu, VADDR_T oldVaddr, VADDR_T newVaddr, size_t count, UINT32 flags)
	LOS_ArchMmuMove 将进程空间一个虚拟地址区间的映射关系转移至另一块未使用的虚拟地址区间重新做映射。 更多...
VOID	LOS_ArchMmuContextSwitch (LosArchMmu *archMmu)
	LOS_ArchMmuContextSwitch 切换MMU上下文 更多...
STATUS_T	LOS_ArchMmuDestroy (LosArchMmu *archMmu)
	LOS_ArchMmuDestroy 销毁MMU 和 initMmu 相呼应,释放页表页 更多...
VOID	OsArchMmuInitPerCPU (VOID)
VADDR_T *	OsGFirstTableGet (VOID)

详细描述

https://blog.csdn.net/qq_38410730/article/details/81036768

    https://blog.csdn.net/kuangyufei/article/details/109032636
    https://blog.csdn.net/qq_38410730/article/details/81036768
    虚拟内存空间中的地址叫做“虚拟地址”；而实际物理内存空间中的地址叫做“实际物理地址”或“物理地址”。处理器
    运算器和应用程序设计人员看到的只是虚拟内存空间和虚拟地址，而处理器片外的地址总线看到的只是物理地址空间和物理地址。
    MMU是 MemoryManagementUnit 的缩写即，内存管理单元. 
    MMU 的作用：
    1. 将虚拟地址翻译成为物理地址，然后访问实际的物理地址
    2. 访问权限控制
    当处理器试图访问一个虚存页面时，首先到页表中去查询该页是否已映射到物理页框中，并记录在页表中。如果在，
    则MMU会把页码转换成页框码，并加上虚拟地址提供的页内偏移量形成物理地址后去访问物理内存；如果不在，
    则意味着该虚存页面还没有被载入内存，这时MMU就会通知操作系统：发生了一个页面访问错误（页面错误），
    接下来系统会启动所谓的“请页”机制，即调用相应的系统操作函数，判断该虚拟地址是否为有效地址。
    
    如果是有效的地址，就从虚拟内存中将该地址指向的页面读入到内存中的一个空闲页框中，并在页表中添加上
    相对应的表项，最后处理器将从发生页面错误的地方重新开始运行；如果是无效的地址，则表明进程在试图访问
    一个不存在的虚拟地址，此时操作系统将终止此次访问。
* 

版本

作者

weharmonyos.com | 鸿蒙研究站 | 每天死磕一点点

日期

2021-11-16

@history

在文件 los_arch_mmu.h 中定义.

类型定义说明

LosArchMmu

typedef struct ArchMmu LosArchMmu

内存管理单元（英语：memory management unit，缩写为MMU），有时称作分页内存管理单元（英语：paged memory management unit，缩写为PMMU）。

函数说明

LOS_ArchMmuChangeProt()

STATUS_T LOS_ArchMmuChangeProt	(	LosArchMmu *	archMmu,
		VADDR_T	vaddr,
		size_t	count,
		UINT32	flags
	)

LOS_ArchMmuChangeProt 修改进程空间虚拟地址区间的映射属性 改变内存段的访问权限,例如: 读/写/可执行/不可用 ==

参数

archMmu
count
flags
vaddr

返回

参见

在文件 los_arch_mmu.c 第 949 行定义.

{
    STATUS_T status;
    PADDR_T paddr = 0;
 
    if ((archMmu == NULL) || (vaddr == 0) || (count == 0)) {
        VM_ERR("invalid args: archMmu %p, vaddr %p, count %d", archMmu, vaddr, count);
        return LOS_NOK;
    }
 
    while (count > 0) {
        count--;
        status = LOS_ArchMmuQuery(archMmu, vaddr, &paddr, NULL);//1. 先查出物理地址
        if (status != LOS_OK) {
            vaddr += MMU_DESCRIPTOR_L2_SMALL_SIZE;
            continue;
        }
 
        status = LOS_ArchMmuUnmap(archMmu, vaddr, 1);//2. 取消原有映射
        if (status < 0) {
            VM_ERR("invalid args:aspace %p, vaddr %p, count %d", archMmu, vaddr, count);
            return LOS_NOK;
        }
 
        status = LOS_ArchMmuMap(archMmu, vaddr, paddr, 1, flags);//3. 重新映射 虚实地址
        if (status < 0) {
            VM_ERR("invalid args:aspace %p, vaddr %p, count %d",
                   archMmu, vaddr, count);
            return LOS_NOK;
        }
        vaddr += MMU_DESCRIPTOR_L2_SMALL_SIZE;
    }
    return LOS_OK;
}

函数调用图:

这是这个函数的调用关系图:

LOS_ArchMmuContextSwitch()

VOID LOS_ArchMmuContextSwitch

(

LosArchMmu *

archMmu

)

LOS_ArchMmuContextSwitch 切换MMU上下文

参数

archMmu

返回

参见

在文件 los_arch_mmu.c 第 1044 行定义.

{
    UINT32 ttbr;//B4.1.153 TTBCR, Translation Table Base Control Register,
    UINT32 ttbcr = OsArmReadTtbcr();//读取TTB寄存器的状态值
    if (archMmu) {
        ttbr = MMU_TTBRx_FLAGS | (archMmu->physTtb);//提供进程的映射页表地址,切换MMU代表要换进程,同一进程的线程切换并不需要切MMU
        /* enable TTBR0 */
        ttbcr &= ~MMU_DESCRIPTOR_TTBCR_PD0;//使能TTBR0 B4.1.154 TTBR0, Translation Table Base Register 0
    } else {
        ttbr = 0;
        /* disable TTBR0 */
        ttbcr |= MMU_DESCRIPTOR_TTBCR_PD0;//禁用TTBR0
    }
 
#ifdef LOSCFG_KERNEL_VM
    /* from armv7a arm B3.10.4, we should do synchronization changes of ASID and TTBR. */
    OsArmWriteContextidr(LOS_GetKVmSpace()->archMmu.asid);//这里先把asid切到内核空间的ID
    ISB; //指令必须同步 ，清楚流水线中未执行指令
#endif
    OsArmWriteTtbr0(ttbr);//通过r0寄存器将进程页面基址写入TTB
    ISB; 
    OsArmWriteTtbcr(ttbcr);//写入TTB状态位
    ISB; 
#ifdef LOSCFG_KERNEL_VM
    if (archMmu) {
        OsArmWriteContextidr(archMmu->asid);//通过R0寄存器写入进程标识符至C13寄存器
        ISB; // 可查看 鸿蒙内核源码分析(优雅的宏篇)
    }
#endif
}

函数调用图:

这是这个函数的调用关系图:

LOS_ArchMmuDestroy()

STATUS_T LOS_ArchMmuDestroy

(

LosArchMmu *

archMmu

)

LOS_ArchMmuDestroy 销毁MMU 和 initMmu 相呼应,释放页表页

参数

archMmu

返回

参见

在文件 los_arch_mmu.c 第 1083 行定义.

{
#ifdef LOSCFG_KERNEL_VM
    LosVmPage *page = NULL;
    /* free all of the pages allocated in archMmu->ptList */
    while ((page = LOS_ListRemoveHeadType(&archMmu->ptList, LosVmPage, node)) != NULL) {
        LOS_PhysPageFree(page);//释放物理页
    }
 
    OsArmWriteTlbiasidis(archMmu->asid);
    OsFreeAsid(archMmu->asid);//释放asid
#endif
    return LOS_OK;
}

函数调用图:

这是这个函数的调用关系图:

LOS_ArchMmuMap()

STATUS_T LOS_ArchMmuMap	(	LosArchMmu *	archMmu,
		VADDR_T	vaddr,
		PADDR_T	paddr,
		size_t	count,
		UINT32	flags
	)

LOS_ArchMmuMap 映射进程空间虚拟地址区间与物理地址区间
所谓的map就是生成L1,L2页表项的过程

参数

archMmu
count
flags
paddr
vaddr

返回

参见

在文件 los_arch_mmu.c 第 891 行定义.

{
    PTE_T *l1Entry = NULL;
    UINT32 saveCounts = 0;
    INT32 mapped = 0;
    INT32 tryTime = TRY_MAX_TIMES;
    INT32 checkRst;
    MmuMapInfo mmuMapInfo = {
        .archMmu = archMmu,
        .vaddr = &vaddr,
        .paddr = &paddr,
        .flags = &flags,
    };
 
    checkRst = OsMapParamCheck(flags, vaddr, paddr);//检查参数
    if (checkRst < 0) {
        return checkRst;
    }
 
    /* see what kind of mapping we can use */
    while (count > 0) {
        if (MMU_DESCRIPTOR_IS_L1_SIZE_ALIGNED(*mmuMapInfo.vaddr) &&
            MMU_DESCRIPTOR_IS_L1_SIZE_ALIGNED(*mmuMapInfo.paddr) &&
            count >= MMU_DESCRIPTOR_L2_NUMBERS_PER_L1) {
            /* compute the arch flags for L1 sections cache, r ,w ,x, domain and type */
            saveCounts = OsMapSection(&mmuMapInfo, &count);
        } else {
            /* have to use a L2 mapping, we only allocate 4KB for L1, support 0 ~ 1GB */
            l1Entry = OsGetPte1Ptr(archMmu->virtTtb, *mmuMapInfo.vaddr);
            if (OsIsPte1Invalid(*l1Entry)) {
                saveCounts = OsMapL1PTE(&mmuMapInfo, l1Entry, &count);
            } else if (OsIsPte1PageTable(*l1Entry)) {
                saveCounts = OsMapL2PageContinous(&mmuMapInfo, l1Entry, &count);
            } else {
                LOS_Panic("%s %d, unimplemented tt_entry %x\n", __FUNCTION__, __LINE__, l1Entry);
            }
        }
        mapped += saveCounts;
        tryTime = (saveCounts == 0) ? (tryTime - 1) : tryTime;
        if (tryTime == 0) {
            return LOS_ERRNO_VM_TIMED_OUT;
        }
    }
 
    return mapped;
}

函数调用图:

这是这个函数的调用关系图:

LOS_ArchMmuMove()

STATUS_T LOS_ArchMmuMove	(	LosArchMmu *	archMmu,
		VADDR_T	oldVaddr,
		VADDR_T	newVaddr,
		size_t	count,
		UINT32	flags
	)

LOS_ArchMmuMove 将进程空间一个虚拟地址区间的映射关系转移至另一块未使用的虚拟地址区间重新做映射。

参数

archMmu
count
flags
newVaddr
oldVaddr

返回

参见

在文件 los_arch_mmu.c 第 996 行定义.

{
    STATUS_T status;
    PADDR_T paddr = 0;
 
    if ((archMmu == NULL) || (oldVaddr == 0) || (newVaddr == 0) || (count == 0)) {
        VM_ERR("invalid args: archMmu %p, oldVaddr %p, newVaddr %p, count %d",
               archMmu, oldVaddr, newVaddr, count);
        return LOS_NOK;
    }
 
    while (count > 0) {
        count--;
        status = LOS_ArchMmuQuery(archMmu, oldVaddr, &paddr, NULL);
        if (status != LOS_OK) {
            oldVaddr += MMU_DESCRIPTOR_L2_SMALL_SIZE;
            newVaddr += MMU_DESCRIPTOR_L2_SMALL_SIZE;
            continue;
        }
        // we need to clear the mapping here and remain the phy page.
        status = LOS_ArchMmuUnmap(archMmu, oldVaddr, 1);
        if (status < 0) {
            VM_ERR("invalid args: archMmu %p, vaddr %p, count %d",
                   archMmu, oldVaddr, count);
            return LOS_NOK;
        }
 
        status = LOS_ArchMmuMap(archMmu, newVaddr, paddr, 1, flags);
        if (status < 0) {
            VM_ERR("invalid args:archMmu %p, old_vaddr %p, new_addr %p, count %d",
                   archMmu, oldVaddr, newVaddr, count);
            return LOS_NOK;
        }
        oldVaddr += MMU_DESCRIPTOR_L2_SMALL_SIZE;
        newVaddr += MMU_DESCRIPTOR_L2_SMALL_SIZE;
    }
 
    return LOS_OK;
}

函数调用图:

这是这个函数的调用关系图:

LOS_ArchMmuQuery()

STATUS_T LOS_ArchMmuQuery	(	const LosArchMmu *	archMmu,
		VADDR_T	vaddr,
		PADDR_T *	paddr,
		UINT32 *	flags
	)

LOS_ArchMmuQuery 获取进程空间虚拟地址对应的物理地址以及映射属性。
本函数是内核高频函数,通过MMU查询虚拟地址是否映射过,带走映射的物理地址和权限

参数

archMmu
flags
paddr
vaddr

返回

参见

在文件 los_arch_mmu.c 第 569 行定义.

{//archMmu->virtTtb:转换表基地址
    PTE_T l1Entry = OsGetPte1(archMmu->virtTtb, vaddr);//获取PTE vaddr右移20位 得到L1描述子地址
    PTE_T l2Entry;
    PTE_T* l2Base = NULL;
 
    if (OsIsPte1Invalid(l1Entry)) {//判断L1描述子地址是否有效
        return LOS_ERRNO_VM_NOT_FOUND;//无效返回虚拟地址未查询到
    } else if (OsIsPte1Section(l1Entry)) {// section页表项: l1Entry低二位是否为 10
        if (paddr != NULL) {//物理地址 = 节基地址(section页表项的高12位) + 虚拟地址低20位
            *paddr = MMU_DESCRIPTOR_L1_SECTION_ADDR(l1Entry) + (vaddr & (MMU_DESCRIPTOR_L1_SMALL_SIZE - 1));
        }
 
        if (flags != NULL) {
            OsCvtSecAttsToFlags(l1Entry, flags);//获取虚拟内存的flag信息
        }
    } else if (OsIsPte1PageTable(l1Entry)) {//PAGE_TABLE页表项: l1Entry低二位是否为 01
        l2Base = OsGetPte2BasePtr(l1Entry);//获取L2转换表基地址
        if (l2Base == NULL) {
            return LOS_ERRNO_VM_NOT_FOUND;
        }
        l2Entry = OsGetPte2(l2Base, vaddr);//获取L2描述子地址
        if (OsIsPte2SmallPage(l2Entry) || OsIsPte2SmallPageXN(l2Entry)) {
            if (paddr != NULL) {//物理地址 = 小页基地址(L2页表项的高20位) + 虚拟地址低12位
                *paddr = MMU_DESCRIPTOR_L2_SMALL_PAGE_ADDR(l2Entry) + (vaddr & (MMU_DESCRIPTOR_L2_SMALL_SIZE - 1));
            }
 
            if (flags != NULL) {
                OsCvtPte2AttsToFlags(l1Entry, l2Entry, flags);//获取虚拟内存的flag信息
            }
        } else if (OsIsPte2LargePage(l2Entry)) {//鸿蒙目前暂不支持64K大页，未来手机版应该会支持。
            LOS_Panic("%s %d, large page unimplemented\n", __FUNCTION__, __LINE__);
        } else {
            return LOS_ERRNO_VM_NOT_FOUND;
        }
    }
 
    return LOS_OK;
}

函数调用图:

这是这个函数的调用关系图:

LOS_ArchMmuUnmap()

STATUS_T LOS_ArchMmuUnmap	(	LosArchMmu *	archMmu,
		VADDR_T	vaddr,
		size_t	count
	)

LOS_ArchMmuUnmap 解除进程空间虚拟地址区间与物理地址区间的映射关系

参数

archMmu
count
vaddr

返回

参见

在文件 los_arch_mmu.c 第 619 行定义.

{
    PTE_T *l1Entry = NULL;
    INT32 unmapped = 0;
    UINT32 unmapCount = 0;
    INT32 tryTime = TRY_MAX_TIMES;
 
    while (count > 0) {
        l1Entry = OsGetPte1Ptr(archMmu->virtTtb, vaddr);//获取L1表
        if (OsIsPte1Invalid(*l1Entry)) {//L1表是否有效
            unmapCount = OsUnmapL1Invalid(&vaddr, &count);//取消L1表内的映射
        } else if (OsIsPte1Section(*l1Entry)) {
            if (MMU_DESCRIPTOR_IS_L1_SIZE_ALIGNED(vaddr) && count >= MMU_DESCRIPTOR_L2_NUMBERS_PER_L1) {
                unmapCount = OsUnmapSection(archMmu, l1Entry, &vaddr, &count);
            } else {
                LOS_Panic("%s %d, unimplemented\n", __FUNCTION__, __LINE__);
            }
        } else if (OsIsPte1PageTable(*l1Entry)) {
            unmapCount = OsUnmapL2PTE(archMmu, l1Entry, vaddr, &count);//取消L2表的映射
            OsTryUnmapL1PTE(archMmu, l1Entry, vaddr, OsGetPte2Index(vaddr) + unmapCount,
                            MMU_DESCRIPTOR_L2_NUMBERS_PER_L1);
            vaddr += unmapCount << MMU_DESCRIPTOR_L2_SMALL_SHIFT;
        } else {
            LOS_Panic("%s %d, unimplemented\n", __FUNCTION__, __LINE__);
        }
        tryTime = (unmapCount == 0) ? (tryTime - 1) : tryTime;
        if (tryTime == 0) {
            return LOS_ERRNO_VM_FAULT;
        }
        unmapped += unmapCount;
    }
    OsArmInvalidateTlbBarrier();
    return unmapped;
}

函数调用图:

这是这个函数的调用关系图:

OsArchMmuInit()

BOOL OsArchMmuInit	(	LosArchMmu *	archMmu,
		VADDR_T *	virtTtb
	)

在文件 los_arch_mmu.c 第 537 行定义.

{
#ifdef LOSCFG_KERNEL_VM
    if (OsAllocAsid(&archMmu->asid) != LOS_OK) {//分配一个asid,ASID可用来唯一标识进程空间
        VM_ERR("alloc arch mmu asid failed");//地址空间标识码（address-space identifier，ASID）为CP15协处理器 C13寄存器
        return FALSE;
    }
#endif
 
#ifndef LOSCFG_PAGE_TABLE_FINE_LOCK
    LOS_SpinInit(&archMmu->lock);
#endif
    LOS_ListInit(&archMmu->ptList);//初始化页表，双循环进程所有物理页框 LOS_ListAdd(&processCB->vmSpace->archMmu.ptList, &(vmPage->node));
    archMmu->virtTtb = virtTtb;//为L1页表在内存位置 section(".bss.prebss.translation_table") UINT8 g_firstPageTable[MMU_DESCRIPTOR_L1_SMALL_ENTRY_NUMBERS]
    archMmu->physTtb = (VADDR_T)(UINTPTR)virtTtb - KERNEL_ASPACE_BASE + SYS_MEM_BASE;// TTB寄存器是CP15协处理器的C2寄存器，存页表的基地址
    //SYS_MEM_BASE = 0x80000000  KERNEL_ASPACE_BASE = 0x40000000    见于 ..\vendor\hi3516dv300\config\board\include\board.h
    //archMmu->physTtb = (VADDR_T)(UINTPTR)virtTtb + 0x40000000; 
    return TRUE;
}

函数调用图:

这是这个函数的调用关系图:

OsArchMmuInitPerCPU()

VOID OsArchMmuInitPerCPU

(

VOID

)

在文件 los_arch_mmu.c 第 1243 行定义.

{
    UINT32 n = __builtin_clz(KERNEL_ASPACE_BASE) + 1;
    UINT32 ttbcr = MMU_DESCRIPTOR_TTBCR_PD0 | n;
 
    OsArmWriteTtbr1(OsArmReadTtbr0());//读取地址转换表基地址
    ISB;//指令同步隔离。最严格：它会清洗流水线，以保证所有它前面的指令都执行完毕之后，才执行它后面的指令。
    OsArmWriteTtbcr(ttbcr);
    ISB;
    OsArmWriteTtbr0(0);
    ISB;
}

函数调用图:

这是这个函数的调用关系图:

OsGFirstTableGet()

VADDR_T * OsGFirstTableGet

(

VOID

)

在文件 los_arch_mmu.c 第 186 行定义.

{
    return (VADDR_T *)g_firstPageTable;
}

这是这个函数的调用关系图: