技术报告__MMU_V10_20160321.docVIP

版本：V1.0 日期：2016-3-21 最后修改：2016-3-21 作者：赵银龙 MMU技术报告 河北科技大学信息科学与工程学院 卫星应用技术研究室 技术报告 共 NUMPAGES \* Arabic \* MERGEFORMAT 6页，第 PAGE \* MERGEFORMAT 6页 MMU产生的背景 许多年以前，当人们还在使用DOS或是更古老的操作系统的时候，计算机的内存还非常小，一般都是以K为单位进行计算，相应的，当时的程序规模也不大，所以内存容量虽然小，但还是可以容纳当时的程序。但随着图形界面的兴起还有用户需求的不断增大，应用程序的规模也随之膨胀起来，终于一个难题出现在程序员的面前，那就是应用程序太大以至于内存容纳不下该程序，通常解决的办法是把程序分割成许多称为覆盖块(overlay)的片段。覆盖块0首先运行，结束时他将调用另一个覆盖块。虽然覆盖块的交换是由OS完成的，但是必须先由程序员把程序先进行分割，这是一个费时费力的工作，而且相当枯燥。人们必须找到更好的办法从根本上解决这个问题。不久人们找到了一个办法，这就是虚拟存储器(virtual memory).虚拟存储器的基本思想是程序，数据，堆栈的总的大小可以超过物理存储器的大小，操作系统把当前使用的部分保留在内存中，而把其他未被使用的部分保存在磁盘上。比如对一个16MB的程序和一个内存只有4MB的机器，操作系统通过选择，可以决定各个时刻将哪4M的内容保留在内存中，并在需要时在内存和磁盘间交换程序片段，这样就可以把这个16M的程序运行在一个只具有4M内存机器上了。而这个16M的程序在运行前不必由程序员进行分割。 任何时候，计算机上都存在一个程序能够产生的地址集合，我们称之为地址范围。这个范围的大小由CPU的位数决定，例如一个32位的CPU，它的地址范围是0~0xFFFFFFFF (4G)，而对于一个64位的CPU，它的地址范围为0~0xFFFFFFFFFFFFFFFF (16E).这个范围就是我们的程序能够产生的地址范围，我们把这个地址范围称为虚拟地址空间，该空间中的某一个地址我们称之为虚拟地址。与虚拟地址空间和虚拟地址相对应的则是物理地址空间和物理地址，大多数时候我们的系统所具备的物理地址空间只是虚拟地址空间的一个子集。这里举一个最简单的例子直观地说明这两者，对于一台内存为256M的32bit x86主机来说，它的虚拟地址空间范围是0~0xFFFFFFFF(4G)，而物理地址空间范围是0x000000000~0x0FFFFFFF(256M)。 在没有使用虚拟存储器的机器上，虚拟地址被直接送到内存总线上，使具有相同地址的物理存储器被读写;而在使用了虚拟存储器的情况下，虚拟地址不是被直接送到内存地址总线上，而是送到存储器管理单元MMU，把虚拟地址映射为物理地址。 MMU的作用 MMU的两个主要功能是:将虚地址转换成物理地址。 2.?控制存储器存取允许。MMU关掉时，虚地址直接输出到物理地址总线。 在实践中，使用MMU解决了如下几个问题： ① 使用DRAM作为大容量存储器时，如果DRAM的物理地址不连续，这将给程序的编写调试造成极大不便，而适当配置MMU可将其转换成虚拟地址连续的空间。 ② 系统的某些地址段是不允许被访问的，否则会产生不可预料的后果,为了避免这类错误,可以通过MMU匹配表的设置将这些地址段设为用户不可存取类型。 实际上操作系统之中并不是所有的内存管理任务都是操作系统完成的，处理器也是提供了MMU硬件支持，MMU协助操作系统完成内存管理的任务，嵌入式系统中，存储系统差别很大，可包含多种类型的存储器件，如FLASH，SRAM，SDRAM，ROM等，这些不同类型的存储器件速度和宽度等各不相同；在访问存储单元时，可能采取平板式的地址映射机制对其操作，或需要使用虚拟地址对其进行读写；系统中，需引入存储保护机制，增强系统的安全性。为适应如此复杂的存储体系要求，引入了存储管理单元来管理存储系统。 在实际的应用中，可能会把两片不连续的物理地址空间分配给?SDRAM?。而在操作系统中，习惯于把?SDRAM?的空间连续起来，方便内存管理，且应用程序申请大块的内存时，操作系统内核也可方便地分配。通过?MMU?可实现不连续的物理地址空间映射为连续的虚拟地址空间。 操作系统内核或者一些比较关键的代码，一般是不希望被用户应用程序所访问的。通过?MMU?可以控制地址空间的访问权