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鴻蒙輕內(nèi)核A核源碼分析系列之虛實映射(2)虛實映射初始化

開發(fā) 前端
虛實映射其實就是一個建立頁表的過程。MMU支持多級頁表,LiteOS-A內(nèi)核采用二級頁表描述進程空間。首先介紹下一級頁表和二級頁表。

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2、 虛擬映射初始化

在文件kernel/base/vm/los_vm_boot.c中的系統(tǒng)內(nèi)存初始化函數(shù)OsSysMemInit()會調(diào)用虛實映射初始化函數(shù)OsInitMappingStartUp()。該函數(shù)代碼定義在文件arch/arm/arm/src/los_arch_mmu.c,代碼如下。

⑴處函數(shù)使TLB失效,清理虛實映射緩存數(shù)據(jù),涉及些cp15寄存器和匯編,后續(xù)再分析。

⑵處函數(shù)切換到臨時TTB。

⑶處設置內(nèi)核地址空間的映射。下面分別詳細這些函數(shù)代碼。

  1. VOID OsInitMappingStartUp(VOID) 
  2. ⑴   OsArmInvalidateTlbBarrier(); 
  3.  
  4. ⑵   OsSwitchTmpTTB(); 
  5.  
  6. ⑶  OsSetKSectionAttr(KERNEL_VMM_BASE, FALSE); 
  7.     OsSetKSectionAttr(UNCACHED_VMM_BASE, TRUE); 
  8.     OsKSectionNewAttrEnable(); 

2.1 函數(shù)OsSwitchTmpTTB

函數(shù)OsSwitchTmpTTB申請16KiB的內(nèi)存存放L1頁表項數(shù)據(jù),把頁表項數(shù)據(jù)從g_firstPageTable復制到申請的內(nèi)存區(qū)域。⑴處獲取內(nèi)核地址空間。L1頁表由4096個頁表項組成,每個4KiB,共需要16KiB大小。所以⑵處代碼按16KiB對齊申請16KiB大小的內(nèi)存區(qū)域存放L1頁表項。⑶處設置內(nèi)核虛擬內(nèi)存地址空間的轉(zhuǎn)換表基地址TTB。⑷處把g_firstPageTable頁表數(shù)據(jù)復制到內(nèi)核地址空間的轉(zhuǎn)換表區(qū)域。如果復制失敗,則直接使用g_firstPageTable。⑸處設置內(nèi)核虛擬地址空間的TTB轉(zhuǎn)換地址對應的物理內(nèi)存地址,然后調(diào)用函數(shù)OsArmWriteTtbr0寫入MMU寄存器。

  1. STATIC VOID OsSwitchTmpTTB(VOID) 
  2.     PTE_T *tmpTtbase = NULL
  3.     errno_t err; 
  4. ⑴   LosVmSpace *kSpace = LOS_GetKVmSpace(); 
  5.  
  6.     /* ttbr address should be 16KByte align */ 
  7. ⑵   tmpTtbase = LOS_MemAllocAlign(m_aucSysMem0, MMU_DESCRIPTOR_L1_SMALL_ENTRY_NUMBERS, 
  8.                                   MMU_DESCRIPTOR_L1_SMALL_ENTRY_NUMBERS); 
  9.     if (tmpTtbase == NULL) { 
  10.         VM_ERR("memory alloc failed"); 
  11.         return
  12.     } 
  13.  
  14. ⑶  kSpace->archMmu.virtTtb = tmpTtbase; 
  15. ⑷  err = memcpy_s(kSpace->archMmu.virtTtb, MMU_DESCRIPTOR_L1_SMALL_ENTRY_NUMBERS, 
  16.                    g_firstPageTable, MMU_DESCRIPTOR_L1_SMALL_ENTRY_NUMBERS); 
  17.     if (err != EOK) { 
  18.         (VOID)LOS_MemFree(m_aucSysMem0, tmpTtbase); 
  19.         kSpace->archMmu.virtTtb = (VADDR_T *)g_firstPageTable; 
  20.         VM_ERR("memcpy failed, errno: %d", err); 
  21.         return
  22.     } 
  23. ⑸  kSpace->archMmu.physTtb = LOS_PaddrQuery(kSpace->archMmu.virtTtb); 
  24.     OsArmWriteTtbr0(kSpace->archMmu.physTtb | MMU_TTBRx_FLAGS); 
  25.     ISB; 

2.2 函數(shù)OsSetKSectionAttr

內(nèi)部函數(shù)OsSetKSectionAttr用于設置內(nèi)核虛擬地址空間的區(qū)間屬性,分別針對內(nèi)核虛擬地址空間的內(nèi)核區(qū)間[KERNEL_ASPACE_BASE,KERNEL_ASPACE_BASE+KERNEL_ASPACE_SIZE]和未緩存區(qū)間[UNCACHED_VMM_BASE,UNCACHED_VMM_BASE+UNCACHED_VMM_SIZE]進行設置。內(nèi)核虛擬地址空間是固定映射到物理內(nèi)存的,內(nèi)核地址空間的映射包含代碼段、數(shù)據(jù)段、堆棧區(qū)間映射,如下示意圖所示:

鴻蒙輕內(nèi)核A核源碼分析系列五 虛實映射(2)虛實映射初始化-鴻蒙HarmonyOS技術社區(qū)

⑴處計算相對內(nèi)核虛擬地址空間基地址KERNEL_VMM_BASE的偏移大小。⑵處先計算相對偏移值的text、rodata、data_bss段的虛擬內(nèi)存地址,然后創(chuàng)建這些段的虛實映射關系數(shù)組mmuKernelMappings。⑶處設置內(nèi)核虛擬地址區(qū)間的虛擬轉(zhuǎn)換基地址TTB和物理轉(zhuǎn)換基地址TTB。然后解除虛擬地址virtAddr的虛實映射,解除映射的長度就是代碼段、只讀數(shù)據(jù)段、數(shù)據(jù)BSS段這些內(nèi)存段的長度。⑷處按指定的標簽flags對text代碼段之前的內(nèi)存區(qū)間進行虛實映射。⑸處映射text代碼段、rodata只讀數(shù)據(jù)段、data_bss數(shù)據(jù)段的內(nèi)存區(qū)間,并調(diào)用函數(shù)LOS_VmSpaceReserve在進程空間中預定地址區(qū)間。⑹是BSS段后面的heap區(qū)、stack區(qū)的映射,映射虛擬地址空間的內(nèi)存堆棧區(qū)間到對應的物理內(nèi)存區(qū)間。

  1. STATIC VOID OsSetKSectionAttr(UINTPTR virtAddr, BOOL uncached) 
  2. ⑴  UINT32 offset = virtAddr - KERNEL_VMM_BASE; 
  3.     /* every section should be page aligned */ 
  4. ⑵  UINTPTR textStart = (UINTPTR)&__text_start + offset; 
  5.     UINTPTR textEnd = (UINTPTR)&__text_end + offset; 
  6.     UINTPTR rodataStart = (UINTPTR)&__rodata_start + offset; 
  7.     UINTPTR rodataEnd = (UINTPTR)&__rodata_end + offset; 
  8.     UINTPTR ramDataStart = (UINTPTR)&__ram_data_start + offset; 
  9.     UINTPTR bssEnd = (UINTPTR)&__bss_end + offset; 
  10.     UINT32 bssEndBoundary = ROUNDUP(bssEnd, MB); 
  11.     LosArchMmuInitMapping mmuKernelMappings[] = { 
  12.         { 
  13.             .phys = SYS_MEM_BASE + textStart - virtAddr, 
  14.             .virt = textStart, 
  15.             .size = ROUNDUP(textEnd - textStart, MMU_DESCRIPTOR_L2_SMALL_SIZE), 
  16.             .flags = VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_READ | VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_EXECUTE, 
  17.             .name = "kernel_text" 
  18.         }, 
  19.         { 
  20.             .phys = SYS_MEM_BASE + rodataStart - virtAddr, 
  21.             .virt = rodataStart, 
  22.             .size = ROUNDUP(rodataEnd - rodataStart, MMU_DESCRIPTOR_L2_SMALL_SIZE), 
  23.             .flags = VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_READ, 
  24.             .name = "kernel_rodata" 
  25.         }, 
  26.         { 
  27.             .phys = SYS_MEM_BASE + ramDataStart - virtAddr, 
  28.             .virt = ramDataStart, 
  29.             .size = ROUNDUP(bssEndBoundary - ramDataStart, MMU_DESCRIPTOR_L2_SMALL_SIZE), 
  30.             .flags = VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_READ | VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_WRITE, 
  31.             .name = "kernel_data_bss" 
  32.         } 
  33.     }; 
  34.     LosVmSpace *kSpace = LOS_GetKVmSpace(); 
  35.     status_t status; 
  36.     UINT32 length; 
  37.     int i; 
  38.     LosArchMmuInitMapping *kernelMap = NULL
  39.     UINT32 kmallocLength; 
  40.     UINT32 flags; 
  41.  
  42.     /* use second-level mapping of default READ and WRITE */ 
  43. ⑶  kSpace->archMmu.virtTtb = (PTE_T *)g_firstPageTable; 
  44.     kSpace->archMmu.physTtb = LOS_PaddrQuery(kSpace->archMmu.virtTtb); 
  45.     status = LOS_ArchMmuUnmap(&kSpace->archMmu, virtAddr, 
  46.                               (bssEndBoundary - virtAddr) >> MMU_DESCRIPTOR_L2_SMALL_SHIFT); 
  47.     if (status != ((bssEndBoundary - virtAddr) >> MMU_DESCRIPTOR_L2_SMALL_SHIFT)) { 
  48.         VM_ERR("unmap failed, status: %d", status); 
  49.         return
  50.     } 
  51.  
  52.     flags = VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_READ | VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_WRITE | VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_EXECUTE; 
  53.     if (uncached) { 
  54.         flags |= VM_MAP_REGION_FLAG_UNCACHED; 
  55.     } 
  56. ⑷  status = LOS_ArchMmuMap(&kSpace->archMmu, virtAddr, SYS_MEM_BASE, 
  57.                             (textStart - virtAddr) >> MMU_DESCRIPTOR_L2_SMALL_SHIFT, 
  58.                             flags); 
  59.     if (status != ((textStart - virtAddr) >> MMU_DESCRIPTOR_L2_SMALL_SHIFT)) { 
  60.         VM_ERR("mmap failed, status: %d", status); 
  61.         return
  62.     } 
  63.  
  64. ⑸  length = sizeof(mmuKernelMappings) / sizeof(LosArchMmuInitMapping); 
  65.     for (i = 0; i < length; i++) { 
  66.         kernelMap = &mmuKernelMappings[i]; 
  67.         if (uncached) { 
  68.             kernelMap->flags |= VM_MAP_REGION_FLAG_UNCACHED; 
  69.         } 
  70.         status = LOS_ArchMmuMap(&kSpace->archMmu, kernelMap->virt, kernelMap->phys, 
  71.                                  kernelMap->size >> MMU_DESCRIPTOR_L2_SMALL_SHIFT, kernelMap->flags); 
  72.         if (status != (kernelMap->size >> MMU_DESCRIPTOR_L2_SMALL_SHIFT)) { 
  73.             VM_ERR("mmap failed, status: %d", status); 
  74.             return
  75.         } 
  76.         LOS_VmSpaceReserve(kSpace, kernelMap->size, kernelMap->virt); 
  77.     } 
  78.  
  79. ⑹   kmallocLength = virtAddr + SYS_MEM_SIZE_DEFAULT - bssEndBoundary; 
  80.     flags = VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_READ | VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_WRITE; 
  81.     if (uncached) { 
  82.         flags |= VM_MAP_REGION_FLAG_UNCACHED; 
  83.     } 
  84.     status = LOS_ArchMmuMap(&kSpace->archMmu, bssEndBoundary, 
  85.                             SYS_MEM_BASE + bssEndBoundary - virtAddr, 
  86.                             kmallocLength >> MMU_DESCRIPTOR_L2_SMALL_SHIFT, 
  87.                             flags); 
  88.     if (status != (kmallocLength >> MMU_DESCRIPTOR_L2_SMALL_SHIFT)) { 
  89.         VM_ERR("mmap failed, status: %d", status); 
  90.         return
  91.     } 
  92.     LOS_VmSpaceReserve(kSpace, kmallocLength, bssEndBoundary); 

2.3 函數(shù)OsKSectionNewAttrEnable

函數(shù)OsKSectionNewAttrEnable設置虛實地址的轉(zhuǎn)換表基地址TTB并清楚TLB緩存。⑴處獲取內(nèi)核虛擬進程空間,⑵處設置進程空間MMU的虛擬地址轉(zhuǎn)換表基地址TTB,然后查詢到物理內(nèi)存地址并設置物理內(nèi)存地址轉(zhuǎn)換表基地址。⑶處從CP15 C2寄存器讀取TTB地址,取高20位。⑷處將內(nèi)核物理內(nèi)存頁表基地址寫入CP15 c2 TTB寄存器。⑸處清空TLB緩沖區(qū),然后釋放內(nèi)存。涉及到了MMU寄存器,后續(xù)系列會專門詳細講解。

  1. STATIC VOID OsKSectionNewAttrEnable(VOID) 
  2. ⑴  LosVmSpace *kSpace = LOS_GetKVmSpace(); 
  3.     paddr_t oldTtPhyBase; 
  4.  
  5. ⑵  kSpace->archMmu.virtTtb = (PTE_T *)g_firstPageTable; 
  6.     kSpace->archMmu.physTtb = LOS_PaddrQuery(kSpace->archMmu.virtTtb); 
  7.  
  8.     /* we need free tmp ttbase */ 
  9. ⑶  oldTtPhyBase = OsArmReadTtbr0(); 
  10.     oldTtPhyBase = oldTtPhyBase & MMU_DESCRIPTOR_L2_SMALL_FRAME; 
  11. ⑷  OsArmWriteTtbr0(kSpace->archMmu.physTtb | MMU_TTBRx_FLAGS); 
  12.     ISB; 
  13.  
  14.     /* we changed page table entry, so we need to clean TLB here */ 
  15. ⑸  OsCleanTLB(); 
  16.  
  17.     (VOID)LOS_MemFree(m_aucSysMem0, (VOID *)(UINTPTR)(oldTtPhyBase - SYS_MEM_BASE + KERNEL_VMM_BASE)); 

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