ARM内存管理单元

ARM的存储管理单元MMU知识点介绍 (1)ARM MMU 页表设置计算 (9)ARM的存储管理单元MMU知识点介绍由于ARM的MMU知识体系比较庞大，只总结必须知道了解的MMU知识点。

（一）MMU内存管理单元的作用（1）虚拟存储空间到物理存储空间的映射（2）存储器访问权限控制（3）设置虚拟存储空间的缓冲特性（二）MMU的地址变换的内存块单元（1）段单元：按大小为1M的内存块单元为单位进行的虚拟地址物理地址之间的变换。

第 1 页共47 页（2）大页单元：按大小为64K的内存块单元为单位进行的虚拟地址物理地址之间的变换。

（3）小页单元：按大小为4K的内存块单元为单位进行的虚拟地址物理地址之间的变换。

（4）极小页单元：按大小为1K的内存块单元为单位进行的虚拟地址物理地址之间的变换。

Linux在最初的汇编代码中使用段单元的映射机制来实现MMU的开启。

当Linux系统启动之后采用的是小页单元的映射机制，因为我们知道Linux把物理内存和虚拟内存的管理是按页来管理的，每个页大小为4k字节。

（三）MMU的地址变换方式（1）一级页表地址映射第 2 页共47 页一级页表地址段映射，是指按1M大小的内存块单元进行的地址映射，查找的过程就是找到页表基地址和当前需要转化的虚拟地址的高12位为索引的页目录项，由于每个目录项都是4字节对齐的，所以应该为：页表基地址+虚拟地址高12位X 4，从上图中可看出第 3 页共47 页一级描述符的地址总是4字节对齐的，即后两位为0.一级描述符地址中存放的是一级描述符，一级描述符的格式定义如下：映射实例：题目：把内存的地址从0x100000-0x200000空间映射成虚拟地址0xc0100000-0xc0200000的地址空间.（第一步）根据图1的介绍，我们先把内存虚拟地址右移20位：Table index = (0xc0100000>> 20) = 0xc01（第二步）我们打算用内存地址0x4000-0x8000的内存空间内作为存放页表的内存地址。

软考中级嵌入式系统需掌握的英语词汇一、嵌入式系统基础1. 嵌入式系统：Embedded System2. 硬件：Hardware3. 软件：Software4. 固件：Firmware5. 系统软件：System Software6. 应用软件：Application Software7. 实时操作系统：Real-Time Operating System (RTOS)二、微控制器原理1. 微控制器：Microcontroller2. 中央处理器：Central Processing Unit (CPU)3. 存储器：Memory4. 输入/输出接口：Input/Output Interface5. 时钟系统：Clock System6. 中断：Interrupt7. 外设：Peripheral三、ARM架构与编程1. ARM架构：ARM Architecture2. ARM指令集：ARM Instruction Set3. ARM汇编语言：ARM Assembly Language4. ARM链接器：ARM Linker5. ARM工具链：ARM Toolchain6. ARM Cortex系列：ARM Cortex Series7. ARM内存管理单元：ARM Memory Management Unit (MMU)四、实时操作系统1. 实时操作系统：Real-Time Operating System (RTOS)2. 任务调度：Task Scheduling3. 信号量：Semaphore4. 消息队列：Message Queue5. 内存管理：Memory Management6. 中断处理：Interrupt Handling7. 时间管理：Time Management五、低功耗设计1. 低功耗设计：Low Power Design2. 待机模式：Standby Mode3. 休眠模式：Sleep Mode4. 唤醒机制：Wake-up Mechanism5. 能效比：Energy Efficiency Ratio6. 功率优化：Power Optimization7. 低功耗电路设计：Low Power Circuit Design六、传感器与信号处理1. 传感器：Sensor2. 模拟信号：Analog Signal3. 数字信号：Digital Signal4. 信号调理：Signal Conditioning5. 采样率：Sampling Rate6. 滤波器：Filter7. 数据转换器：Data Converter8. 信号处理算法：Signal Processing Algorithm9. 特征提取：Feature Extraction10. 信号分析：Signal Analysis11. 噪声抑制：Noise Suppression12. 数据融合：Data Fusion13. 动态范围：Dynamic Range14. 量程：Range of Measurement。

IIS(Inter-IC Sound bus)又称I2S，是菲利浦公司提出的串行数字音频总线协议。

目前很多音频芯片和MCU都提供了对IIS的支持。

IIS总线只处理声音数据。

Internet Information Services（IIS，互联网信息服务），是由微软公司提供的基于运行Microsoft Windows的互联网基本服务。

IIC是作为英特尔IC的互补，这种总线类型是由菲利浦半导体公司在八十年代初设计出来的，主要是用来连接整体电路(ICS) ，IIC是一种多向控制总线，也就是说多个芯片可以连接到同一总线结构下，同时每个芯片都可以作为实施数据传输的控制源。

这种方式简化了信号传输总线。

MCU(Micro Control Unit)中文名称为微控制单元，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)或者单片机，是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。

SDRAM是Synchronous Dynamic Random Access Memory（同步动态随机存储器）的简称，SDRAM采用3.3v工作电压，带宽64位，SDRAM 将CPU与RAM通过一个相同的时钟锁在一起，使RAM和CPU能够共享一个时钟周期，以相同的速度同步工作，与EDO内存相比速度能提高50％。

SDRAM基于双存储体结构，内含两个交错的存储阵列，当CPU从一个存储体或阵列访问数据时，另一个就已为读写数据做好了准备，通过这两个存储阵列的紧密切换，读取效率就能得到成倍的提高。

SDRAM不仅可用作主存，在显示卡上的显存方面也有广泛应用。

SDRAM曾经是长时间使用的主流内存，从430TX芯片组到845芯片组都支持SDRAM。

但随着DDR SDRAM的普及，SDRAM也正在慢慢退出主流市场。

ARM 课程考试相关知识点主要：●嵌入式系统的五个特性包括：专用性，可剪裁性，可靠性，低功耗性和实时性。

●嵌入式系统的特点：专用性强，可剪裁性好，实时性和可靠性好，功耗低●嵌入式操作系统的特点：微型化，可裁剪性，实时性，高可靠性，易移植性●嵌入式系统设计过程的主要步骤（5个）：⏹1、系统需求分析⏹2、体系结构设计⏹3、硬件/软件设计⏹4、系统集成⏹5、系统测试●ARM处理器的五个系列：（体系架构是否是冯诺依曼）ARM7和ARM9的体系架构？⏹ARM7（冯诺依曼结构）⏹ARM9（哈佛体系结构）⏹ARM9E（哈佛体系结构）⏹ARM10E⏹SecurCore冯诺依曼结构指数据空间和地址空间不分开；哈佛结构数据空间和地址空间是分开的●操作系统指令执行的三个阶段⏹1、获得指令⏹2、分析指令⏹3、执行指令●代码密度：就是处理完成一个完整的操作,需要的指令条数，按字节计算越少效率越高●MMU(Memory Management Unit)：存储器管理单元。

P176存储器管理单元MMU主要完成以下工作：虚拟存储空间到物理存储空间的映射；存储器访问权限的控制；设置虚拟存储空间的缓冲的特征。

MMU可以将某些地址变换条目锁定在快表【TLB（translation lookasidebuffer）】中，从而使得进行与该地址变换条目相关的地址变换速度保持很快。

MMU可以将整个存储空间分为最多16个域。

功能：将虚拟地址映射为物理地址；提供硬件机制的内存访问授权。

●ARM的寻址方式⏹立即数寻址⏹寄存器寻址⏹寄存器移位寻址⏹寄存器间接寻址⏹多寄存器寻址⏹基址变址寻址⏹相对寻址⏹堆栈寻址⏹块拷贝寻址●嵌入式系统/操作系统？主要由哪几部分组成嵌入式系统的组成部分：⏹嵌入式处理器（ARM，MIPS，PowerPC）⏹外围设备（存储器接口）⏹嵌入式操作系统⏹应用软件●ARM的最小系统，画出框图，并说明。

1. ARM芯片。

2. 电源电路、复位电路，晶振电路。

arm相关概念ARM相关概念1. ARM架构简介•ARM架构是一种低功耗、高性能的处理器架构。

•ARM架构广泛应用于移动设备、嵌入式系统和智能硬件等领域。

•ARM架构采用精简指令集(RISC)的设计，具有较高的能效比和较低的功耗。

2. ARM处理器•ARM处理器是基于ARM架构设计的中央处理器(CPU)。

•ARM处理器具有多种系列和型号，包括Cortex-A系列、Cortex-R 系列和Cortex-M系列等。

•Cortex-A系列适用于高性能应用，如智能手机和平板电脑。

•Cortex-R系列适用于实时应用，如汽车电子系统和工业控制。

•Cortex-M系列适用于低功耗应用，如物联网设备和传感器。

3. ARM指令集•ARM指令集是ARM处理器所支持的指令集合。

•ARM指令集分为ARM指令集和Thumb指令集两种。

•ARM指令集提供32位的指令，适用于高性能应用。

•Thumb指令集提供16位的指令，适用于低功耗应用。

•ARM处理器可以在ARM指令集和Thumb指令集之间进行切换，以提高能效和节省存储空间。

4. ARM体系结构•ARM体系结构是指ARM处理器的整体结构和设计。

•ARM体系结构包括核心处理单元(CPU)、内存管理单元(MMU)、缓存等组件。

•ARM体系结构面向各种应用需求，提供不同级别的性能和功能选择。

•ARM体系结构允许系统设计者根据实际需求进行定制和优化。

5. ARM开发工具和平台•ARM开发工具和平台是用于开发和调试ARM架构软件的工具和环境。

•ARM开发工具包括编译器、调试器和仿真器等。

•ARM开发平台包括开发板、集成开发环境(IDE)和软件开发工具包(SDK)等。

•ARM开发工具和平台提供了丰富的开发资源，帮助开发者快速构建和优化ARM架构的应用程序。

6. ARM生态系统•ARM生态系统是指围绕ARM架构建立起来的全球化合作伙伴网络。

•ARM生态系统包括芯片厂商、设备制造商、软件开发商和解决方案提供商等。

ARM7、ARM9、ARM11、ARM-Cortex的关系1. ARM7、ARM9、ARM11、ARM-Cortex 的关系ARM7：ARMv4 架构，ARM9：ARMv5 架构，ARM11：ARMv6 架构，ARM-Cortex 系列：ARMv7 架构ARM7 没有MMU(内存管理单元)，只能叫做MCU（微控制器），不能运行诸如Linux、WinCE 等这些现代的多用户多进程操作系统，因为运行这些系统需要MMU，才能给每个用户进程分配进程自己独立的地址空间。

ucOS、ucLinux 这些精简实时的RTOS 不需要MMU，当然可以在ARM7 上运行。

ARM9、ARM11，是嵌入式CPU（处理器），带有MMU，可以运行诸如Linux 等多用户多进程的操作系统，应用场合也不同于ARM7。

到了ARMv7架构的时候开始以Cortex 来命名，并分成Cortex-A、Cortex-R、Cortex-M 三个系列。

三大系列分工明确：A 系列面向尖端的基于虚拟内存的操作系统和用户应用；R 系列针对实时系统；M 系列对微控制器。

简单的说Cortex-A 系列是用于移动领域的CPU，Cortex-R 和Cortex-M 系列是用于实时控制领域的MCU。

所以看上去ARM7 跟Cortex-M 很像，因为他们都是MCU，但确是不同代不同架构的MCU（Cortex-M 比ARM7 高了三代！），所以性能也有很大的差距。

此外，Cortex-M 系列还细分为M0、M3、M4 和超低功耗的M0+，用户依据成本、性能、功耗等因素来选择芯片。

想必楼主现在肯定知道了ARM7、Cortex-M 的区别，不过还是花了点时间整理在此，可以帮助后来的初学者搞明白这些基本的概念性问题2. ARM7，ARM9，cortex-m3,cortex-m4,cortex-a8 的区别arm 系列从arm11 开始，以后的就命名为cortex，并且性能上大幅度提升。

ARM不同版本的区别一.谈谈ARM7与ARM9的区别：本文是写给准备学习ARM技术，而又没想好要学ARM7还是ARM9或者对ARM7与ARM9的区别不是很了解的初学者。

希望本文对你们有点用处。

由于职业的关系，经常会回答一些ARM初学者的问题，虽然问题千奇百怪，但以下两个问题绝对很有代表性。

ARM7和ARM9的都有些什么区别？我准备学ARM，但不知是选ARM7还是ARM9好？也许这些问题在大虾们的眼里已不是问题，但对于初学者确实很具必要弄清楚。

先说下：ARM7和ARM9的区别。

1. 时钟频率的提高虽然ARM7和ARM9内核架构相同，但ARM7处理器采用3级流水线的冯·诺伊曼结构;，而ARM9采用5级流水线的哈佛结构。

增加的流水线设计提高了时钟频率和并行处理能力。

5级流水线能够将每一个指令处理分配到5个时钟周期内，在每一个时钟周期内同时有5个指令在执行。

在常用的芯片生产工艺下，ARM7一般运行在100MHz左右，而ARM9则至少在200MHz以上。

2 指令周期的改进指令周期的改进对于处理器性能的提高有很大的帮助。

性能提高的幅度依赖于代码执行时指令的重叠，这实际上是程序本身的问题。

对于采用最高级的语言，一般来说，性能的提高在30％左右。

3.MMU(内存管理单元）ARM7一般没有MMU(内存管理单元），（ARM720T有MMU）。

ARM9一般是有MMU的,ARM9940T只有MPU ,不是一个完整的MMU。

这一条很重要，MMU单元是大型操作系统必需的硬件支持，如LINUX;WINCE等。

这就是说，ARM7一般只能运行小型的实时系统如UCOS-II,eCOS等，而ARM9无此限制，一般的操作系统都可以移植。

其实即使ARM720T能支持LINUX;WINCE等系统，也鲜有人用，因为以ARM7的运行速度跑这种大型操作系统，实在有点吃力。

再者两者的应用领域明显不同，也无此必要。

4. ARM7比ARM9提供了更好的性能－功耗比。