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在学习函数LOS_ArchMmuMap()代码时,我们已经相识了假造内存如何映射到物理内存,在映射的时间,可以通过UINT 32 flags参数定一些标签属性信息。本节,我们具体相识下内存标签属性信息。先相识下MMU标签属性,然后看看映射内存区间时的映射虚实信息,最后相识下属性信息转换函数。
7.1 MMU标签属性
在映射的时间,对于内存页可以指定一些内存属性,好比权限、内存范例、缓存策略等等。更多信息参考ARM官网资料《ARM® Cortex™-A Series Version: 4.0 Programmer’s Guide》,我们只快速摘录些关键信息。L1页表项的格式如下图所示,此中Type extension (TEX), Shareable (S), Access Permission (AP, APX)、 Cacheable (C)、 Bufferable (B)位表示内存属性信息。在arch\arm\arm\include\los_mmu_descriptor_v6.h文件中界说了MMU L1页表内存属性相干的宏,如下。

- /* TEX CB */
- #define MMU_DESCRIPTOR_L1_TEX_SHIFT 12 /* type extension field shift */
- #define MMU_DESCRIPTOR_L1_TEX(x) \
- ((x) << MMU_DESCRIPTOR_L1_TEX_SHIFT) /* type extension */
- #define MMU_DESCRIPTOR_L1_TYPE_STRONGLY_ORDERED \
- (MMU_DESCRIPTOR_L1_TEX(MMU_DESCRIPTOR_TEX_0) | MMU_DESCRIPTOR_NON_CACHEABLE)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L1_TYPE_NORMAL_NOCACHE \
- (MMU_DESCRIPTOR_L1_TEX(MMU_DESCRIPTOR_TEX_1) | MMU_DESCRIPTOR_NON_CACHEABLE)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L1_TYPE_DEVICE_SHARED \
- (MMU_DESCRIPTOR_L1_TEX(MMU_DESCRIPTOR_TEX_0) | MMU_DESCRIPTOR_WRITE_BACK_ALLOCATE)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L1_TYPE_DEVICE_NON_SHARED \
- (MMU_DESCRIPTOR_L1_TEX(MMU_DESCRIPTOR_TEX_2) | MMU_DESCRIPTOR_NON_CACHEABLE)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L1_TYPE_NORMAL_WRITE_BACK_ALLOCATE \
- (MMU_DESCRIPTOR_L1_TEX(MMU_DESCRIPTOR_TEX_1) | MMU_DESCRIPTOR_WRITE_BACK_NO_ALLOCATE)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L1_TEX_TYPE_MASK \
- (MMU_DESCRIPTOR_L1_TEX(MMU_DESCRIPTOR_TEX_MASK) | MMU_DESCRIPTOR_WRITE_BACK_NO_ALLOCATE)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L1_AP2_SHIFT 15
- #define MMU_DESCRIPTOR_L1_AP2(x) ((x) << MMU_DESCRIPTOR_L1_AP2_SHIFT)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L1_AP2_0 (MMU_DESCRIPTOR_L1_AP2(0))
- #define MMU_DESCRIPTOR_L1_AP2_1 (MMU_DESCRIPTOR_L1_AP2(1))
- #define MMU_DESCRIPTOR_L1_AP01_SHIFT 10
- #define MMU_DESCRIPTOR_L1_AP01(x) ((x) << MMU_DESCRIPTOR_L1_AP01_SHIFT)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L1_AP01_0 (MMU_DESCRIPTOR_L1_AP01(0))
- #define MMU_DESCRIPTOR_L1_AP01_1 (MMU_DESCRIPTOR_L1_AP01(1))
- #define MMU_DESCRIPTOR_L1_AP01_3 (MMU_DESCRIPTOR_L1_AP01(3))
- #define MMU_DESCRIPTOR_L1_AP_P_NA_U_NA (MMU_DESCRIPTOR_L1_AP2_0 | MMU_DESCRIPTOR_L1_AP01_0)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L1_AP_P_RW_U_RW (MMU_DESCRIPTOR_L1_AP2_0 | MMU_DESCRIPTOR_L1_AP01_3)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L1_AP_P_RW_U_NA (MMU_DESCRIPTOR_L1_AP2_0 | MMU_DESCRIPTOR_L1_AP01_1)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L1_AP_P_RO_U_RO (MMU_DESCRIPTOR_L1_AP2_1 | MMU_DESCRIPTOR_L1_AP01_3)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L1_AP_P_RO_U_NA (MMU_DESCRIPTOR_L1_AP2_1 | MMU_DESCRIPTOR_L1_AP01_1)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L1_AP_MASK (MMU_DESCRIPTOR_L1_AP2_1 | MMU_DESCRIPTOR_L1_AP01_3)
复制代码 L2页表项的格式如下图所示。在arch\arm\arm\include\los_mmu_descriptor_v6.h文件中界说了MMU L2页表内存属性相干的宏,如下。

- #define MMU_DESCRIPTOR_L2_TEX_SHIFT 6 /* type extension field shift */
- #define MMU_DESCRIPTOR_L2_TEX(x) \
- ((x) << MMU_DESCRIPTOR_L2_TEX_SHIFT) /* type extension */
- #define MMU_DESCRIPTOR_L2_TYPE_STRONGLY_ORDERED \
- (MMU_DESCRIPTOR_L2_TEX(MMU_DESCRIPTOR_TEX_0) | MMU_DESCRIPTOR_NON_CACHEABLE)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L2_TYPE_NORMAL_NOCACHE \
- (MMU_DESCRIPTOR_L2_TEX(MMU_DESCRIPTOR_TEX_1) | MMU_DESCRIPTOR_NON_CACHEABLE)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L2_TYPE_DEVICE_SHARED \
- (MMU_DESCRIPTOR_L2_TEX(MMU_DESCRIPTOR_TEX_0) | MMU_DESCRIPTOR_WRITE_BACK_ALLOCATE)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L2_TYPE_DEVICE_NON_SHARED \
- (MMU_DESCRIPTOR_L2_TEX(MMU_DESCRIPTOR_TEX_2) | MMU_DESCRIPTOR_NON_CACHEABLE)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L2_TYPE_NORMAL_WRITE_BACK_ALLOCATE \
- (MMU_DESCRIPTOR_L2_TEX(MMU_DESCRIPTOR_TEX_1) | MMU_DESCRIPTOR_WRITE_BACK_NO_ALLOCATE)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L2_TEX_TYPE_MASK \
- (MMU_DESCRIPTOR_L2_TEX(MMU_DESCRIPTOR_TEX_MASK) | MMU_DESCRIPTOR_WRITE_BACK_NO_ALLOCATE)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L2_AP2_SHIFT 9
- #define MMU_DESCRIPTOR_L2_AP2(x) ((x) << MMU_DESCRIPTOR_L2_AP2_SHIFT)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L2_AP2_0 (MMU_DESCRIPTOR_L2_AP2(0))
- #define MMU_DESCRIPTOR_L2_AP2_1 (MMU_DESCRIPTOR_L2_AP2(1))
- #define MMU_DESCRIPTOR_L2_AP01_SHIFT 4
- #define MMU_DESCRIPTOR_L2_AP01(x) ((x) << MMU_DESCRIPTOR_L2_AP01_SHIFT)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L2_AP01_0 (MMU_DESCRIPTOR_L2_AP01(0))
- #define MMU_DESCRIPTOR_L2_AP01_1 (MMU_DESCRIPTOR_L2_AP01(1))
- #define MMU_DESCRIPTOR_L2_AP01_3 (MMU_DESCRIPTOR_L2_AP01(3))
- #define MMU_DESCRIPTOR_L2_AP_P_NA_U_NA (MMU_DESCRIPTOR_L2_AP2_0 | MMU_DESCRIPTOR_L2_AP01_0)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L2_AP_P_RW_U_RW (MMU_DESCRIPTOR_L2_AP2_0 | MMU_DESCRIPTOR_L2_AP01_3)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L2_AP_P_RW_U_NA (MMU_DESCRIPTOR_L2_AP2_0 | MMU_DESCRIPTOR_L2_AP01_1)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L2_AP_P_RO_U_RO (MMU_DESCRIPTOR_L2_AP2_1 | MMU_DESCRIPTOR_L2_AP01_3)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L2_AP_P_RO_U_NA (MMU_DESCRIPTOR_L2_AP2_1 | MMU_DESCRIPTOR_L2_AP01_1)
- #define MMU_DESCRIPTOR_L2_AP_MASK (MMU_DESCRIPTOR_L2_AP2_1 | MMU_DESCRIPTOR_L2_AP01_3)
复制代码 7.2 映射地址区间标签属性
kernel\base\include\los_vm_map.h文件中界说地址区间映射标签属性信息。标签属性信息主要分为4类,如图所示。前2位用于标记开释缓存装备,2-5位用于标记权限信息,6-8位用于标记共享私有等信息,9-19位用于标记stack、heap、data、text、bss、vsdo、mmap、shm、fixed、fixed_noreplace等属性信息。20-23位暂未使用,高8位被共享内存SHM使用。

- /* the high 8 bits(24~31) should reserved, shm will use it */
- #define VM_MAP_REGION_FLAG_CACHED (0<<0)
- #define VM_MAP_REGION_FLAG_UNCACHED (1<<0)
- #define VM_MAP_REGION_FLAG_UNCACHED_DEVICE (2<<0) /* only exists on some arches, otherwise UNCACHED */
- #define VM_MAP_REGION_FLAG_STRONGLY_ORDERED (3<<0) /* only exists on some arches, otherwise UNCACHED */
- #define VM_MAP_REGION_FLAG_CACHE_MASK (3<<0)
- #define VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_USER (1<<2)
- #define VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_READ (1<<3)
- #define VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_WRITE (1<<4)
- #define VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_EXECUTE (1<<5)
- #define VM_MAP_REGION_FLAG_PROT_MASK (0xF<<2)
- #define VM_MAP_REGION_FLAG_NS (1<<6) /* NON-SECURE */
- #define VM_MAP_REGION_FLAG_SHARED (1<<7)
- #define VM_MAP_REGION_FLAG_PRIVATE (1<<8)
- #define VM_MAP_REGION_FLAG_FLAG_MASK (3<<7)
- #define VM_MAP_REGION_FLAG_STACK (1<<9)
- #define VM_MAP_REGION_FLAG_HEAP (1<<10)
- #define VM_MAP_REGION_FLAG_DATA (1<<11)
- #define VM_MAP_REGION_FLAG_TEXT (1<<12)
- #define VM_MAP_REGION_FLAG_BSS (1<<13)
- #define VM_MAP_REGION_FLAG_VDSO (1<<14)
- #define VM_MAP_REGION_FLAG_MMAP (1<<15)
- #define VM_MAP_REGION_FLAG_SHM (1<<16)
- #define VM_MAP_REGION_FLAG_FIXED (1<<17)
- #define VM_MAP_REGION_FLAG_FIXED_NOREPLACE (1<<18)
- #define VM_MAP_REGION_FLAG_INVALID (1<<19) /* indicates that flags are not specified */
复制代码 7.3 标签转换操作
7.3.1 OsCvtProtFlagsToRegionFlags函数
函数OsCvtProtFlagsToRegionFlags()把保护属性转换为假造内存区间标签属性,该函数在体系调用、共享内存等模块会使用。参数unsigned long prot中的保护标签属性如PROT_READ、MAP_SHARED等等,界说在文件third_party/musl/porting/liteos_a/kernel/include/sys/mman.h。
- STATIC INLINE UINT32 OsCvtProtFlagsToRegionFlags(unsigned long prot, unsigned long flags)
- {
- UINT32 regionFlags = 0;
- regionFlags |= VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_USER;
- regionFlags |= (prot & PROT_READ) ? VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_READ : 0;
- regionFlags |= (prot & PROT_WRITE) ? (VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_READ | VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_WRITE) : 0;
- regionFlags |= (prot & PROT_EXEC) ? (VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_READ | VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_EXECUTE) : 0;
- regionFlags |= (flags & MAP_SHARED) ? VM_MAP_REGION_FLAG_SHARED : 0;
- regionFlags |= (flags & MAP_PRIVATE) ? VM_MAP_REGION_FLAG_PRIVATE : 0;
- regionFlags |= (flags & MAP_FIXED) ? VM_MAP_REGION_FLAG_FIXED : 0;
- regionFlags |= (flags & MAP_FIXED_NOREPLACE) ? VM_MAP_REGION_FLAG_FIXED_NOREPLACE : 0;
- return regionFlags;
- }
复制代码 7.3.2 OsCvtSecFlagsToAttrs函数和OsCvtSecAttsToFlags函数
OsCvtSecFlagsToAttrs函数用于把内存区域映射标签属性转换为L1 Section范例页表项的MMU标签属性。该函数又分为2个函数,分别是⑴处的OsCvtSecCacheFlagsToMMUFlags()函数和⑵处的OsCvtSecAccessFlagsToMMUFlags()函数。OsCvtSecCacheFlagsToMMUFlags()函数主要判断内存映射区域的低2位缓存标签属性的转换。OsCvtSecAccessFlagsToMMUFlags()函数用于映射标签属性的2-4位访问权限部门的转换。代码比较简单不再赘述。
⑶处的函数OsCvtSecAttsToFlags()是上述函数OsCvtSecFlagsToAttrs的逆过程,用于把L1 Section范例页表项的MMU标签属性转换为内存区域映射标签属性。自行阅读代码,不再逐行分析。
7.3.3 OsCvtPte2FlagsToAttrs函数和OsCvtPte2AttsToFlags函数
和上一小节非常雷同,上节是L1 Section范例页表项MMU属性和内存区域标签属性的相互转换,本节的2个函数是L2页表项MMU属性和内存区域标签属性的相互转换。函数OsCvtPte2FlagsToAttrs()把内存区域映射标签属性转换为L2页表项MMU属性,又分为2个函数,分别是⑴处的函数OsCvtPte2CacheFlagsToMMUFlags()和⑵处的OsCvtPte2AccessFlagsToMMUFlags()。OsCvtPte2CacheFlagsToMMUFlags()函数主要判断内存映射区域的低2位缓存标签属性的转换。OsCvtPte2AccessFlagsToMMUFlags()函数用于映射标签属性的2-4位访问权限部门的转换。代码比较简单不再赘述。
⑶处的函数OsCvtPte2AttsToFlags()是上述函数OsCvtPte2FlagsToAttrs的逆过程,用于把L2页表项的MMU标签属性转换为内存区域映射标签属性。自行阅读代码,不再逐行分析。
小结
本文介绍了MMU虚实映射的基本概念,运行机制,分析了映射初始化、映射查询、映射假造内存和物理内存,解除虚实映射,更改映射属性,重新映射等常用接口的代码。
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