学习 ARM 系列 -- FS2410 开发板上启用 MMU 实现虚拟内存管理
一、背景
FS2410 开发板上的 ARM 核心为 ARM920T， ARM920T 代表着什么呢? 其实
ARM920T = ARM9 core + MMU + Cache，也就是说 ARM920T 为实现虚拟内存管理提供了硬件条件，这个硬件条件就是 MMU -- 内存管理单元。前面的实验我们程序里的地址都
### 学习 ARM 系列 -- FS2410 开发板上启用 MMU 实现虚拟内存管理
#### 一、背景与概念介绍
在学习 ARM 系列 -- FS2410 开发板上启用 MMU 实现虚拟内存管理之前，首先我们需要了解一些基本的概念。
**FS2410 开发板及其核心 ARM920T**:
- **FS2410 开发板**: 是一款基于 ARM 架构的开发平台，广泛应用于嵌入式系统的设计与开发。
- **ARM920T 核心**: 该核心集成了 ARM9 处理器内核、MMU（内存管理单元）以及缓存等功能。MMU 的存在使得 FS2410 开发板能够支持虚拟内存管理，从而为复杂的操作系统提供必要的硬件支持。
**MMU（Memory Management Unit）**:
- **MMU** 负责在计算机系统中管理虚拟内存和物理内存之间的映射关系。
- 在没有 MMU 的情况下，程序中的地址直接映射到物理内存地址，即虚拟地址等于物理地址。
- 引入 MMU 后，程序中的地址不再是直接映射，而是先经过 MMU 的转换，由 MMU 完成虚拟地址到物理地址的映射。
#### 二、MMU 的作用及意义
MMU 的引入具有以下几个重要意义：
1. **内存隔离**: 不同的进程可以在各自的虚拟地址空间中独立运行，即使它们使用了相同的虚拟地址，由于 MMU 将这些地址映射到不同的物理地址上，因此不会产生冲突。
2. **内存保护**: 通过 MMU 设置访问权限，可以防止一个进程非法访问另一个进程或系统的内存区域。
3. **内存扩展**: 通过虚拟内存技术，可以模拟出比实际物理内存更大的虚拟内存空间，从而有效地利用有限的物理内存资源。
#### 三、实验目的
本实验的主要目的是学习如何在 FS2410 开发板上启用 MMU，并实现虚拟地址到物理地址的映射。具体包括以下几个步骤：
1. **初始化内存**: 包括 SDRAM 的配置和初始化。
2. **代码迁移**: 将代码从 SRAM 迁移到 SDRAM 中。
3. **设置页表**: 建立虚拟地址到物理地址的映射关系。
4. **启用 MMU**: 配置 MMU 相关寄存器，开启 MMU 功能。
#### 四、代码分析
根据提供的代码片段，我们可以进一步理解其实现细节：
1. **设置中断跳转指令** (第 4~13 行): 主要是为了处理 IRQ 中断的情况。
2. **关闭看门狗定时器** (第 15~17 行): 防止由于未及时处理看门狗定时器而导致系统重启。
3. **初始化堆栈寄存器** (第 20 行): 为后续 C 函数调用做好准备。
4. **暂时禁用所有中断** (第 22~27 行): 确保在进行关键操作时不受外部中断的影响。
5. **初始化内存 (SDRAM)** (第 29 行): 对 SDRAM 进行初始化配置。
6. **代码迁移到 SDRAM** (第 30 行): 由于 SRAM 的容量有限，需要将代码迁移到 SDRAM 中以充分利用更多的内存空间。
7. **跳转到 SDRAM 执行** (第 32~33 行): 修改 PC 寄存器，使程序在 SDRAM 中继续执行。
8. **设置页表，启用 MMU** (第 34~36 行): 关键步骤，实现虚拟地址到物理地址的映射，并启用 MMU。
#### 五、MMU 相关函数分析
接下来关注 `mmu.c` 文件中的关键函数 `init_mmu_tlb()` 和 `init_mmu()`。
1. **init_mmu_tlb()**:
- 该函数主要负责初始化 MMU 的页表，建立虚拟地址到物理地址的映射关系。
- 通过遍历虚拟地址空间，设置相应的页表项来完成映射。
2. **init_mmu()**:
- 该函数负责启用 MMU 并配置相关寄存器。
- 包括设置 MMU 控制寄存器、TLB 控制寄存器等，确保 MMU 正常工作。
通过以上步骤，我们不仅能够在 FS2410 开发板上成功启用 MMU，还能够实现对虚拟内存的有效管理和利用。这对于开发支持多任务操作系统的嵌入式设备来说至关重要。
