虚拟地址和物理地址转换
内核也不能直接访问物理地址.但因为内核的虚拟地址和物理地址之间只是一个差值0xc0000000的区别,所以从物理地址求虚拟地址或从虚拟地址求物理地址很容易。那么虚拟地址和物理地址怎么转换?学习啦小编整理了修改硬盘物理地址的相关资料。供大家参考!
虚拟地址和物理地址转换参考如下
虚拟地址(Virtual Address Space)
虚拟地址并不真实存在于计算机中。每个进程都分配有自己的虚拟空间，而且只能访问自己被分配使用的空间。理论上，虚拟空间受物理内存大小的限制，如给有4GB内存，那么虚拟地址空间的地址范围就应该是0x00000000~0xFFFFFFFF(4GB)。
为什么每个进程的虚拟地址空间范围都可以这么大呢，这涉及到地址的映射机制;程序实际运行时，系统会先将虚拟地址映射到物理地址中的范围。
另外一个概念：虚拟内存。虚拟内存是内存中的一片连续地址空间。在物理存储位置上的意义，不一定就是指物理内存，可能也是在硬盘上开辟的一篇地址空间。
物理地址(physical address)
物理地址用于内存芯片级的单元寻址，与处理器和CPU连接的地址总线相对应。
——这个概念应该是这几个概念中最好理解的一个，但是值得一提的是，虽然可以直接把物理地址理解成插在机器上那根内存本身，把内存看成一个从0字节一直到最大空量逐字节的编号的大数组，然后把这个数组叫做物理地址，但是事实上，这只是一个硬件提供给软件的抽像，内存的寻址方式并不是这样。所以，说它是“与地址总线相对应”，是更贴切一些，不过抛开对物理内存寻址方式的考虑，直接把物理地址与物理的内存一一对应，也是可以接受的。也许错误的理解更利于形而上的抽像。
虚地址到物理地址的转换过程
MVA (Modified Virtual address,修改过的虚拟地址，这个地址由CPU产生#1)
step1.通过TTBR找到粗表描述符
转换表基地址#2 + MVA的粗页表索引 = 粗页表的物理地址
step2.通过粗表描述符找到小页描述符
粗页表基地址#3 + MVA的小页表索引 = 小页表的物理地址
step3.通过小页描述符找到物理地址
小页基地址#4 + MVA的页索引 = 物理地址
step1得到的粗页表的物理地址位定义
step2得到的小页表的物理地址位定义
step3得到的物理地址位定义
注1：严格的说，这个地址是可能是FCSE或ARM926ej-s处理器产生
注2：转换表基地址保存在TTBR，详见TTBR
注3：粗页表基地址保存在粗页表描述符中，详见粗页表描述符
注4：小页表基地址保存在粗页表描述符中，详见小页表描述符
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CP15
系统控制协处理器(CP15)被用来配置和控制ARM926ej-s处理器。cache、mmu都通过CP15的寄存器来控制。需要使用专门的指令访问CP15的寄存器。
ARM926ej-s系统中的地址
ARM926ej-s产生的地址为虚地址(VA)，FCSE(快速上下文切换控制器)将VA转换为修改过的虚地址(MVA)供MMU使用,MMU将MVA转换为TCM和AMBA总线的物理地址(PA)。
CP15的c1寄存器
c1寄存器是ARM926ej-s处理器的控制寄存器。该寄存器用来使能或禁用cache、配置MMU。
I 0: 禁用iCache，1使能iCache
C 0：禁用dCache，1使能dCache
如果c1寄存器禁用了cache，小页表的C、B位是无效的。
TLB
MMU是OS分页内存管理的硬件基础。MMU使用TLB(Translation lookaside buffer,即旁路转换缓冲，或称为页表缓冲;用来存放虚拟地址到物理地址的转换表)将虚拟地址转换为物理地址。
TLB保存在SDRAM中。
TTBR
TTBR是Translation Table Base Register的缩写，中文全称是：转换表基地址寄存器。TTBR是协处理器CP15的c2寄存器。
由于读取TTBR时Bit13~Bit0是不可预测的，所以粗页表的起始地址必须是按64K对齐的。
粗表描述符
填充为红色的位固定为0/1。Bit8~Bit5为域控制位，可以定义16个域。
小页描述符
填充为红色的位固定为0/1。AP3~AP0为访问控制位，访问控制位和域控制位配合完成了对内存访问权限的管理。在boot中，禁用域控制，同时将AP3~AP0全部设置为3(任何人都可以读写)。只关注 C cache控制位，B buffer控制位。
#写通。读命中，从Dcche读取数据，读未命中，(cache)行填充;写命中，写数据带Dcache，并缓冲到外边存储器写未命中，缓冲到外部存储器
#写回。读命中，从Dcache读取数据，读未命中，(cache)行填充;写命中，写数据带Dcache ;写未命中，缓冲到外部存储器
虚拟地址到物理地址的转换步骤
已知一个虚拟地址0x01AF5518, 则转换的过程如下:
注意: *这里讨论的以Windows下普通模式分页的情况, 也就是2级页表的情况*
1.首先把虚拟地址拆分成3个部分(低12位, 中10位, 高10位), 换成2进制如下:
-> 0000 0001 1010 1111 0101 0101 0001 1000
按照10, 10, 12的位数重新排列后
-> (页目录索引)00 000 00110, (页表项索引)10 1111 0101, (偏移)0101 0001 1000
换算成十六进制后可以得到如下结果
页目录索引 = 6, 页表项索引 = 0x2f5 , 偏移 = 0x518
2. 根据当前的CR3寄存器中的物理地址定位页目录表基址
Cr3中存放的是物理地址, 这个物理地址指向进程的页目录表基址, 由此可以得到
页目录表基址(PDE) = Cr3 = 0xAA0E5000
3. 计算页表项的地址
页表地址存放在页目录表(PDE)中的第6个项目中, 也就是
[0xAA0E5000 + 4 * 6] = [0xAA0E5018] = 0x3D955867, 其中0x00000867为该页表属性值, PTE = 0x3D955000
3. 计算页面物理地址
我们要找的页面在这个页表中的第0x2f5项, 所以虚拟地址所在的页的物理地址为
[0x3D955000 + 0x2f5 * 4] = [0x3D955BD4] =
假设[0x3D955BD4] = 0x7095e847, 页面的物理地址 x0x7095e000, 0x00000847表示的是页面属性
4. 计算最终的物理地址
由虚拟地址分离的偏移可以计算出最终的物理地址为
0x7095E000 + 0x00000518 = 0x7095E518.
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