12.1 MMU配置与管理

1. 内存管理单元(MMU)基础

1.1 ARM MMU架构概述

• ARMv8/ARMv9 MMU核心组件：
  • 地址转换表管理单元(TTB)
  • 转换旁路缓冲器(TLB)
  • 属性控制单元(MAIR)
• 支持的多级页表机制：
  • 4KB/16KB/64KB粒度页表
  • 48位/52位虚拟地址空间

1.2 TF-A中的MMU初始化流程

// 典型初始化代码路径：
bl1_plat_arch_setup() → enable_mmu_el3() → __enable_mmu()

2. 页表配置与管理

2.1 页表描述符格式

位域	功能描述
[1:0]	块/页表描述符类型
[63:52]	物理地址高位(PA[47:36])
[47:12]	输出地址(OA)
[10]	AF(访问标志)
[7]	AP(访问权限)
[6]	NS(非安全位)

2.2 TF-A页表初始化

// 典型配置示例(EL3)：
mmap_add_region(BASE_ADDR, BASE_ADDR, SIZE, MT_DEVICE | MT_RW | MT_SECURE);
mmap_add_region(NS_DRAM_BASE, NS_DRAM_BASE, NS_DRAM_SIZE, MT_MEMORY | MT_RW | MT_NS);

3. 内存属性配置

3.1 MAIR寄存器配置

属性索引	内存类型	典型配置值
0	设备内存(Device-nGnRnE)	0x00
1	普通内存(Normal WB)	0xFF

// MAIR_EL3设置示例：
mov x0, #0x000000000000FF00
msr mair_el3, x0

3.2 内存类型与属性

• MT_DEVICE：设备内存(无缓存)
• MT_MEMORY：普通内存(Write-Back)
• MT_NON_CACHEABLE：非缓存内存
• MT_RO/MT_RW：只读/读写权限

4. 安全扩展支持

4.1 安全与非安全内存隔离

• 通过页表描述符的NS位实现：
  • NS=0：安全世界访问
  • NS=1：非安全世界可访问

4.2 Stage-1与Stage-2转换

• EL3使用Stage-1转换
• 虚拟化环境下需配合Stage-2转换

5. 动态内存管理

5.1 运行时页表修改

int xlat_change_mem_attributes(uintptr_t base_va, size_t size, uint32_t attr)
{// 修改现有内存区域的属性return xlat_arch_change_mem_attributes(base_va, size, attr);
}

5.2 TLB维护操作

• 无效化整个TLB：

  tlbi alle3
  dsb sy
  isb
  

• 特定地址无效化：

  tlbimvaais(TLBI_ADDR(va))
  

6. 常见问题与调试

6.1 典型MMU故障分析

异常类型	可能原因
Translation Fault	页表项不存在/权限不足
Permission Fault	访问权限配置错误
Alignment Fault	非对齐访问

6.2 MMU调试技巧

• 使用TRFCR_ELx寄存器捕获内存访问
• 通过ESR_EL3分析异常原因
• TF-A日志中的MMU初始化信息：

  INFO:    BL1: MMU enabled
  DEBUG:   xlat_table: Mapped PA 0x80000000 -> VA 0x80000000
  

7. 平台移植注意事项

7.1 平台特定配置

// plat_get_mmap()实现示例：
const mmap_region_t plat_mmap[] = {MAP_REGION_FLAT(DEVICE0_BASE, DEVICE0_SIZE, MT_DEVICE | MT_RW | MT_SECURE),MAP_REGION_FLAT(DRAM_BASE, DRAM_SIZE, MT_MEMORY | MT_RW | MT_SECURE),{0}
};

7.2 大物理地址(PA)支持

• 配置ARM_PA_BITS_48或ARM_PA_BITS_52
• 检查ID_AA64MMFR0_EL1.PARange字段

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注意：实际MMU配置需根据具体平台安全需求调整，建议参考ARM架构参考手册(ARM DDI 0487)和TF-A官方文档。