OLVASSEL.md 3.6 KB
Oktatóanyag 10 - Virtuális Memória
Elérkeztünk a legegyszerűbb és egyben legbonyolultabb oktatóanyagunkhoz. Egyszerű, mert nem csinálunk mást, mint feltöltünk egy tömböt, aztán beállítunk pár regisztert. A nehézség abban rejlik, hogy mi kerüljön a tömbbe.
Feltételezem kellő ismerettel rendelkezel az AMD64-es lapozásáról. Ha nem, akkor erősen javaslom, hogy szánj rá időt mielőtt folytatnád. Az ARMv8 MMU-ja sokkal de sokkal bonyolultabb és összetettebb, mint az AMD64-é. Határozottan nem jó ötlet ezzel kezdeni.
Az AMD64 címfordítása roppant egyszerű, egy táblacím regisztere van, a memóriát 4k-s lapokra osztja, 4 szinten, és csak egyféle luk van definilálva a címtérben. ARMv8 ennél sokkal combosabb. Beállíthatot a lapkeret méretét, a lapozási szintek számát, összefűzheted a lapfordító táblázatokat egy adott szinten, de még a luk méretét is beállíthatod. Képtelenség mindezt egy oktatóanyaggal lefedni. Ezért úgy döntöttem, inkább úgy állítom be az ARMv8 MMU-ját, hogy minnél jobban hasonlítson az AMD64-éhez. Ez a következőket jelenti: 4k-s lapméretet fogunk használni, 2M-es blokkmérettel és 512G-s címterülettel (3 szint), ahol a 4. szintet két regiszter helyettesíti. Fogd fel úgy, hogy amíg AMD64-n a 4. szintű laptábla címe a CR3-ban van megadva, addig ARMv8-on van egyszer a TTBR0 regiszter, ami ennek a táblának az első elemét tartalmazza, valamint van a TTBR1 regiszter, ami meg az utolsó, 512. elemét, ezért nincs szükség 4. szintű laptáblára. Minden köztes cím (amit a 2.-511. elemek fordítanának) a lukra esik, más szavakkal azok nem kanonikus memória címek.
A lapfordító táblázat egyébként ugyanúgy néz ki: 64 bites elemeket tartalmaz, amikben van egy fizikai cím és néhány attribútum bit, minden egyes szinten. De ARMv8-on sokkal több lehetőséged van. Külön beállíthatod a gyorsítótárat (cachability), megosztást (shareability) és a hozzáférést is. Ezen kívül van még egy memória típus tömböt tartalmazó regiszter, aminek az elemeire indexelnek a lapcím fordító tábla bejegyzéseinek bitjei.
A következőképp fogjuk leképezni a virtuális memóriát: az alacsony címeket egy-az-egyben megfeleltetéssel 2M blokkonként, kivéve az első blokkot, amit 4k-nként. A magas címekre pedig, -2M-nél leképezzük az UART0 MMIO-ját.
Talán nem nyilvánvaló, de a lapfordító fa különböző lapokra mutathat. Ezt nagyon macerás lenne lekezelni C-ben,
ezért egy kis trükköt alkalmazunk. Egy darab egybefüggő memórián tároljuk a lapfordító táblázatokat, és egy
szimpla paging tömbbel érjük el. Mivel 4k-s lapokat használunk, és egy lapfordító bejegyzés 8 bájtos, ezért
512 bejegyzés található minden lapon. Emiatt a 0..511 indexek hivatkoznak az első lapra, az 512..1023 a másodikra
és így tovább. Más szavakkal a paging[0] címe megegyezik az _end-el (első lap), a paging[512] pedig az _end + PAGESIZE
címével (második lap).
Mmu.h, mmu.c
mmu_init() inicializálja a memória címfordító egységet (Memory Management Unit). Feltöltjük a paging tömböt
értékekkel, majd megmondjuk a CPU-nak hogy ezt használja.
Start
Ezúttal hozzáférést kell biztosítanunk a rendszer kontroll regiszterhez is (system control register).
Link.ld
Most szükség van arra, hogy az adatterületet és a programunk vége cimkét laphatárra igazítsuk.
Main
Beállítjuk a címfordítást, majd kiírunk a konzolra mind egy-az-egyben lapozást, mind magas című lapozást használva.