ARMv8 創建3級頁表示例

最近在研究arm?v8頁表創建過程，順帶做了一個如下形式的頁表，

// level 1 table, 4 entries:
// 0000 0000 - 3FFF FFFF, 1GB block, DDR
// 4000 0000 - 7FFF FFFF, 1GB block, DDR
// 8000 0000 - BFFF FFFF, 1GB block, DDR
// C000 0000 - FFFF FFFF, point to level2 tabel
//
// level 2 table, 512 entries:
// C000 0000 - DFFF FFFF, 256 entries, 512MB DDR, 2MB block
// E000 0000 - EFFF FFFF, 128 ?entries, 256MB OSPI0 flash, 2MB block

// F100 0000 - F11F FFFF, 1 entry, point to level 3_1
// F200 0000 - F21F FFFF, 1 entry, point to level 3_2
// F240 0000 - F25F FFFF, 1 entry, point to level 3_3
// F260 0000 - F27F FFFF, 1 entry, point to level 3_4
// F500 0000 - F500 7FFF, 1 entries, GIC 32kB, point to level 3_5

// F220 0000 - F23D FFFF, 1 entries, 2MB block, device, RNE_CFG1
// F400 0000 - F403 FFFF, 1 entries, 2MB block, normal memory, RNE_MEM, 1.5M acture, SRAM
?

下面是頁表創建過程與詳細注釋，供后來者學習參考。

//----------------------------------------------------------------
// setup translation table
//
//----------------------------------------------------------------
#include "v8_mmu.h".text.cfi_sections .debug_frame  // put stack frame info into .debug_frame instead of .eh_frame.global setup_ttb.global ZeroBlock.global __ttb0_l1.global __ttb0_l2_ram.global __ttb0_l3_ram_1.global __ttb0_l3_ram_2.global __ttb0_l3_ram_3//----------------------------------------------------------------
// setup translation table
// level 1 table, 4 entries:
// 0000 0000 - 3FFF FFFF, 1GB block, DDR
// 4000 0000 - 7FFF FFFF, 1GB block, DDR
// 8000 0000 - BFFF FFFF, 1GB block, DDR
// C000 0000 - FFFF FFFF, point to level2 tabel
//
// level 2 table, 512 entries:
// C000 0000 - DFFF FFFF, 256 entries, 512MB DDR, 2MB block
// E000 0000 - EFFF FFFF, 128  entries, 256MB OSPI0 flash, 2MB block// F100 0000 - F11F FFFF, 1 entry, point to level 3_1
// F200 0000 - F21F FFFF, 1 entry, point to level 3_2
// F240 0000 - F25F FFFF, 1 entry, point to level 3_3
// F260 0000 - F27F FFFF, 1 entry, point to level 3_4
// F500 0000 - F500 7FFF, 1 entries, GIC 32kB, point to level 3_5// F220 0000 - F23D FFFF, 1 entries, 2MB block, device, RNE_CFG1
// F400 0000 - F403 FFFF, 1 entries, 2MB block, normal memory, RNE_MEM, 1.5M acture, SRAM//----------------------------------------------------------------.type setup_ttb, "function".cfi_startproc
setup_ttb://// x21 = address of L1 tables// x22 = address of L2 tables// x23 = address of L3_1 tables// x24 = address of L3_2 tables// x25 = address of L3_3 tables// x26 = address of L3_4 tables// x27 = address of L3_5 tablesldr x2, =0  // x2 = 0 (用于清零內存)ldr x3, =0 // x3 = 0 (同上)// 清零 L1 頁表 (__ttb0_l1) (L1 頁表（32 字節，4 個條目）)ldr x21, =__ttb0_l1  // x21 = L1 頁表基地址mov x0, x21            // x0 = 當前操作地址mov x1, #(4 << 3)      // x1 = 4個條目 * 8字節 = 32字節 (L1頁表大小)add x0, x0, x1         // x0 指向區域末尾 (預遞減清零準備)// can not call func ZeroBlock,  not support nesting
loop_zero_0:subs x1, x1, #16       // 每次處理16字節 (2個條目)，更新計數器stp  x2, x3, [x0, #-16]! // 存儲雙零并遞減地址: [x0-16] = (0,0), x0-=16b.ne loop_zero_0        // 循環直到x1=0// 清零 L2 頁表 (__ttb0_l2_ram) (L2 頁表（4096 字節，512 條目）)ldr x22, =__ttb0_l2_ram // x22 = L2 頁表基地址mov x1, #(512 << 3)    // x1 = 512條目 * 8字節 = 4096字節 (標準2MB塊大小)mov x0, x22            // x0 = 當前操作地址add x0, x0, x1         // x0 指向區域末尾//循環使用 subs + b.ne 實現精確計數（當 x1 減至 0 時退出）
loop_zero_1:subs x1, x1, #16       // 每次16字節stp  x2, x3, [x0, #-16]! // 存儲雙零并前移指針b.ne loop_zero_1       // 循環// 清零第一個 L3 頁表 (__ttb0_l3_ram_1) (三個 L3 頁表（各 4096 字節）)ldr x23, =__ttb0_l3_ram_1 // x23 = L3 頁表1基地址mov x1, #(512 << 3)    // 4096字節 (標準4KB頁表大小)mov x0, x23add x0, x0, x1        // 指向末尾
loop_zero_2:subs x1, x1, #16stp  x2, x3, [x0, #-16]!b.ne loop_zero_2// 清零第二個 L3 頁表 (__ttb0_l3_ram_2)ldr x24, =__ttb0_l3_ram_2 // x24 = L3 頁表2基地址mov x1, #(512 << 3)    // 4096字節mov x0, x24add x0, x0, x1        // 指向末尾
loop_zero_3:subs x1, x1, #16stp  x2, x3, [x0, #-16]!b.ne loop_zero_3// 清零第三個 L3 頁表 (__ttb0_l3_ram_3)ldr x25, =__ttb0_l3_ram_3 // x25 = L3 頁表3基地址mov x1, #(512 << 3)    // 4096字節mov x0, x25add x0, x0, x1         // 指向末尾
loop_zero_4:subs x1, x1, #16stp  x2, x3, [x0, #-16]!b.ne loop_zero_4// 清零第4個 L3 頁表 (__ttb0_l3_ram_4)ldr x26, =__ttb0_l3_ram_4 // x26 = L3 頁表4基地址mov x1, #(512 << 3)    // 4096字節mov x0, x26add x0, x0, x1         // 指向末尾
loop_zero_5:subs x1, x1, #16stp  x2, x3, [x0, #-16]!b.ne loop_zero_5// 清零第5個 L3 頁表 (__ttb0_l3_ram_5)ldr x27, =__ttb0_l3_ram_5 // x26 = L3 頁表4基地址mov x1, #(512 << 3)    // 4096字節mov x0, x27add x0, x0, x1         // 指向末尾
loop_zero_6:subs x1, x1, #16stp  x2, x3, [x0, #-16]!b.ne loop_zero_6// 設置 L1 頁表項配置// 0000 0000 - 3FFF FFFF, 1GB block, DDR// 4000 0000 - 7FFF FFFF, 1GB block, DDR// 8000 0000 - BFFF FFFF, 1GB block, DDR// 3 1G block, write to l1 table//ldr x1, =3                // x1 = 3 (需要配置的頁表項數量)ldr x2, =0x40000000      // x2 = 1GB 地址增量 (每個 L1 條目映射 1GB 空間)// 構建 L1 塊描述符屬性值：// - 物理地址基址: 0x00000000// - 塊描述符類型 (TT_S1_ATTR_BLOCK)  TT_S1_ATTR_BLOCK：使用塊描述符 (1GB/2MB 大頁)// - 內存屬性索引 1 (MATTR=1) 普通內存，適用于ddr// - 非安全狀態 (NS)// - 特權讀寫權限 (AP_RW_PL1)// - 內部可共享 (SH_INNER)// - 訪問標志 (AF)// - 非全局映射 (nG)ldr x3, =(0x00000000	   | \TT_S1_ATTR_BLOCK | \(1 << TT_S1_ATTR_MATTR_LSB) | \TT_S1_ATTR_NS | \TT_S1_ATTR_AP_RW_PL1 | \TT_S1_ATTR_SH_INNER | \TT_S1_ATTR_AF | \TT_S1_ATTR_nG)mov x4, x21                // x4 = L1 頁表基址指針 (x21 來自前段代碼)#if 1	// enable after ddr ready
loop1:str x3, [x4], #8         // 存儲每次的x3描述符到 L1 頁表并后移指針add x3, x3, x2           // 物理地址增加 1GB (0x40000000)subs x1, x1, #1           // 遞減計數器bne loop1                 // 循環直到 3 個條目配置完成
#else
loop1:add x4, x4, #8           // 僅移動指針 (不存儲)add x3, x3, x2          // 物理地址增加 1GBsubs x1, x1, #1bne loop1
#endif// 配置 L1 頁表中 C0000000-FFFFFFFF 區域的條目// C000 0000 - FFFF FFFF, point to level2 tabel, write to l1 tableorr x1, x22, #TT_S1_ATTR_PAGE  // 將 L2 表基址(x22)與頁表描述符屬性組合。TT_S1_ATTR_PAGE：頁表描述符 (指向下級頁表)str x1, [x4]              // 存儲到 L1 頁表 (指向 L2 頁表)// 配置 L2 頁表：DDR 區域 (C0000000-DFFFFFFF, 512MB)// level 2 table: C000 0000 - DFFF FFFF, 256 entries, 512MB DDR, 2MB blockldr x1, =256              // 256 個條目 (256 * 2MB = 512MB)ldr x2, =0x200000         // x2 = 2MB 地址增量 (塊大小)// 構建 DDR 區域的 L2 塊描述符：// - 物理地址基址: 0xC0000000// - 塊描述符類型// - 內存屬性索引 1 (普通內存)ldr x3, =(0xC0000000	   | \TT_S1_ATTR_BLOCK | \(1 << TT_S1_ATTR_MATTR_LSB) | \TT_S1_ATTR_NS | \TT_S1_ATTR_AP_RW_PL1 | \TT_S1_ATTR_SH_INNER | \TT_S1_ATTR_AF | \TT_S1_ATTR_nG)mov x4, x22              // x4 = L2 頁表基址指針 (x22)
loop2_ddr:str x3, [x4], #8          // 存儲每次的x3到描述符到 L2 頁表并后移指針add x3, x3, x2           // 物理地址增加 2MBsubs x1, x1, #1          // 遞減計數器bne loop2_ddr            // 循環配置 256 個條目// 配置 L2 頁表：OSPI0 Flash 區域 (E0000000-EFFFFFFF, 256MB)// level 2 table: E000 0000 - EFFF FFFF, 64 entries, 128MB OSPI0 flash, 2MB blockldr x1, =128              // 128 個條目 (128 * 2MB = 256MB)ldr x2, =0x200000         // 2MB 塊大小// 構建 OSPI Flash 的 L2 塊描述符：// - 物理地址基址: 0xE0000000// - 內存屬性索引TT_S1_ATTR_MATTR_LSB 2 (通常用于設備內存)//AP_RW_PL1：特權讀寫權限//SH_INNER：內部可共享//AF：訪問標志 (Access Flag)//nG：非全局映射ldr x3, =(0xE0000000	   | \TT_S1_ATTR_BLOCK | \(2 << TT_S1_ATTR_MATTR_LSB) | \TT_S1_ATTR_NS | \TT_S1_ATTR_AP_RW_PL1 | \TT_S1_ATTR_SH_INNER | \TT_S1_ATTR_AF | \TT_S1_ATTR_nG)
loop2_ospi0:str x3, [x4], #8         // 繼續在 L2 頁表存儲 (緊接 DDR 區域之后)add x3, x3, x2         	 // 物理地址增加 2MBsubs x1, x1, #1           // 遞減計數器bne loop2_ospi0           // 循環配置 128 個條目/*0x00000000 ~ 0xc0000000                          ----l10xc0000000 ~ 0xe0000000                          ----l20xe0000000 ~ 0xe8000000                          ----l2  DDR MEM0xe8000000 ~ 0xf0000000                          ----l2  DEVICE MEM0xf2200000 ~ 0xf23fffff rne_cfg                    ----l20xf4000000 ~ 0xf403ffff rne_mem 256kB             ----l20xf5000000 ~ 0xf5007fff GIC 32kB                   ----l20xf0000000 ~ 0xf0ffffff  rsv0xf1000000 ~ 0xf11fffff  peri                   -----2MB : l2 -> l3 3_10xf2000000 ~ 0xf21fffff  usb                    -----2MB : l2 -> l3 3_20xf2400000 ~ 0xf25fffff peri                     -----2MB : l2 -> l3 3_30xf2600000 ~ 0xf27fffff ddr gic noc acodec      -----0xf2600000 ~ 0xf26fffff 1MB : l2 -> l3 3_4// x21 = address of L1 tables// x22 = address of L2 tables// x23 = address of L3_1 tables// x24 = address of L3_2 tables// x25 = address of L3_3 tables// x26 = address of L3_4 tables地址轉換：L2 索引：ubfx 提取位[29:21] (#21, #9)L3 索引：ubfx 提取位[20:12] (#12, #9)頁表項位置：基址 + 索引 × 8 (lsl #3)*//*虛擬地址 (x2):31       21        12        0┌────────┬────────┬────────┐│  L2索引 │ L3索引 │  頁內偏移 │└────────┴────────┴────────┘9位     9位     12位頁表結構 (L2):x22 → ┌───────────┐ 基址│ 條目0      │├───────────┤│ 條目1      │├───────────┤│    ...    │├───────────┤│ 條目480    │ ← x22 + 480×8├───────────┤│    ...    │└───────────┘*/// 0xf4000000 ~ 0xf403ffff 區域：2MB 塊映射 (普通內存)// F400 0000 - F403 FFFF, 1 entries, 2MB block, normal memory, RNE_MEM, 256KB acture, SRAM// 物理地址 + 屬性ldr x1, =(0xF4000000	   | \TT_S1_ATTR_BLOCK | \(1 << TT_S1_ATTR_MATTR_LSB) | \TT_S1_ATTR_NS | \TT_S1_ATTR_AP_RW_PL1 | \TT_S1_ATTR_SH_INNER | \TT_S1_ATTR_AF | \TT_S1_ATTR_nG)ldr x2, =0xF4000000  // 目標虛擬地址ubfx x3, x2, #21, #9            // 提取 L2 索引 (位[29:21]) ?str x1, [x22, x3, lsl #3]      // 寫入 L2 頁表 (x22) ?// 0xf2200000 ~ 0xf23fffff 區域：2MB 塊映射 (設備內存)// F220 0000 - F23F FFFF, 1 entries, 2MB block, device, RNE_CFG1// 物理地址 + 屬性ldr x1, =(0xF2200000	   | \TT_S1_ATTR_BLOCK | \(2 << TT_S1_ATTR_MATTR_LSB) | \TT_S1_ATTR_NS | \TT_S1_ATTR_AP_RW_PL1 | \TT_S1_ATTR_SH_INNER | \TT_S1_ATTR_AF | \TT_S1_ATTR_nG)ldr x2, =0xF2200000            // 目標虛擬地址ubfx x3, x2, #21, #9         // 提取 L2 索引str x1, [x22, x3, lsl #3]      // 寫入 L2 頁表// 設置 L2 頁表項：0xf1000000 ~ 0xf11fffff 指向 L3 頁表 (x23)// level 2 table: 0xf1000000 ~ 0xf11fffff, 1 entry, point to level 3_1orr x1, x23, #TT_S1_ATTR_TABLE  // 組合 L3 基址和表描述符屬性ldr x2, =0xF1000000             // 虛擬地址范圍起始/*從 x2 的位 [21] 開始連續提取 9 位（位 [21] 到 [29]）	將提取的 9 位值存入 x3，高位補零擴展在頁表上下文中的意義：在 ARM64 頁表系統中：	虛擬地址位 [29:21] 對應 L2 頁表索引, 9 位索引可尋址 512 個條目 (2? = 512)	, 該指令提取虛擬地址中的 L2 頁表索引號*/ubfx x3, x2, #21, #9           // 提取 L2 索引str x1, [x22, x3, lsl #3]       // 寫入 L2 頁表// 設置 L2 頁表項：0xf2000000 ~ 0xf21fffff 指向 L3 頁表 (x24)// level 2 table: 0xf2000000 ~ 0xf21fffff, 1 entry, point to level 3_2orr x1, x24, #TT_S1_ATTR_TABLE  // 組合 L3 基址和表描述符屬性ldr x2, =0xF2000000            // 虛擬地址范圍起始ubfx x3, x2, #21, #9           // 提取 L2 索引str x1, [x22, x3, lsl #3]       // 寫入 L2 頁表 //目標地址 = x22 + (x3 << 3)// 設置 L2 頁表項：0xf2400000 ~ 0xf25fffff 指向 L3 頁表 (x25)// level 2 table: 0xf2400000 ~ 0xf25fffff, 1 entry, point to level 3_3orr x1, x25, #TT_S1_ATTR_TABLE  // 組合 L3 基址和表描述符屬性ldr x2, =0xF2400000            // 虛擬地址范圍起始ubfx x3, x2, #21, #9           // 提取 L2 索引str x1, [x22, x3, lsl #3]      // 寫入 L2 頁表// 設置 L2 頁表項：0xf2600000 ~ 0xf27fffff 指向 L3 頁表 (x26)// level 2 table: 0xf2600000 ~ 0xf27fffff, 1 entry, point to level 3_4orr x1, x26, #TT_S1_ATTR_TABLE  // 組合 L3 基址和表描述符屬性ldr x2, =0xF2600000            // 虛擬地址范圍起始ubfx x3, x2, #21, #9           // 提取 L2 索引str x1, [x22, x3, lsl #3]      // 寫入 L2 頁表// 設置 L2 頁表項：F500 0000 - F500 7FFF 指向 L3 頁表 (x27)// level 2 table: F500 0000 - F500 7FFF, 1 entry, point to level 3_5orr x1, x27, #TT_S1_ATTR_TABLE  // 組合 L3 基址和表描述符屬性ldr x2, =0xF5000000            // 虛擬地址范圍起始ubfx x3, x2, #21, #9           // 提取 L2 索引str x1, [x22, x3, lsl #3]      // 寫入 L2 頁表/*0xf1000000 ~ 0xf11fffff  peri                   -----2MB : l2 -> l3 3_10xf2000000 ~ 0xf21fffff  usb                    -----2MB : l2 -> l3 3_20xf2400000 ~ 0xf25fffff peri                     -----2MB : l2 -> l3 3_30xf2600000 ~ 0xf27fffff ddr gic noc acodec      -----0xf2600000 ~ 0xf26fffff 1MB : l2 -> l3 3_4
*/// 填充 L3 頁表 (x23)：0xf1000000 ~ 0xf11fffff 區域 (512 個 4KB 頁)// level 3 table: 0xf1000000 ~ 0xf11fffff, 512 entry, x23// valid addr  0xf1000000 ~ 0xf11fffffldr x1, =0x1000                // 頁大小：4KBldr x2, =((0xF11FFFFF + 1 - 0xF1000000) >> 12) // 計算頁數ldr x3, =0xF1000000                        // 物理地址起始// 頁描述符屬性// 設備內存屬性ldr x4, = (TT_S1_ATTR_PAGE | \(2 << TT_S1_ATTR_MATTR_LSB) | \TT_S1_ATTR_NS | \TT_S1_ATTR_AP_RW_PL1 | \TT_S1_ATTR_SH_INNER | \TT_S1_ATTR_AF | \TT_S1_ATTR_nG)
loop3_1:ubfx x5, x3, #12, #9            // 提取頁內索引 (位[20:12])orr x6, x3, x4                // 組合物理地址和屬性str x6, [x23, x5, lsl #3]       // 存儲到 L3 頁表 (x23)add x3, x3, x1                 // 移動到下一頁subs x2, x2, #1               // 遞減頁計數器bne loop3_1                    // 循環直到所有頁映射完成// 填充 L3 頁表 (x24)：0xf2000000 ~ 0xf21fffff 區域 (512 個 4KB 頁)// level 3 table: 0xf2000000 ~ 0xf21fffff,, 512 entry, x24// valid addr  0xf2000000 ~ 0xf21fffffldr x1, =0x1000                 // 頁大小：4KBldr x2, =((0xF21FFFFF + 1 - 0xF2000000) >> 12) // 計算頁數ldr x3, =0xF2000000             // 物理地址起始// 設備內存屬性ldr x4, = (TT_S1_ATTR_PAGE | \(2 << TT_S1_ATTR_MATTR_LSB) | \TT_S1_ATTR_NS | \TT_S1_ATTR_AP_RW_PL1 | \TT_S1_ATTR_SH_INNER | \TT_S1_ATTR_AF | \TT_S1_ATTR_nG)
loop3_2:ubfx x5, x3, #12, #9        // 提取頁內索引orr x6, x3, x4              // 組合物理地址和屬性str x6, [x24, x5, lsl #3]      // 存儲到 L3 頁表 (x24)add x3, x3, x1               // 下一頁subs x2, x2, #1               // 遞減頁計數器bne loop3_2               // 循環// 填充 L3 頁表 (x25)：0xf2400000 ~ 0xf25fffff 區域 (512 個 4KB 頁)// level 3 table: 0xf2400000 ~ 0xf25fffff, 512 entry, x25// valid addr  0xf2400000 ~ 0xf25fffffldr x1, =0x1000               // 頁大小：4KBldr x2, =((0xF25FFFFF + 1 - 0xF2400000) >> 12) // 計算頁數ldr x3, =0xF2400000             // 物理地址起始// 設備內存屬性ldr x4, = (TT_S1_ATTR_PAGE | \(2 << TT_S1_ATTR_MATTR_LSB) | \TT_S1_ATTR_NS | \TT_S1_ATTR_AP_RW_PL1 | \TT_S1_ATTR_SH_INNER | \TT_S1_ATTR_AF | \TT_S1_ATTR_nG)
loop3_3:ubfx x5, x3, #12, #9          // 提取頁內索引orr x6, x3, x4               // 組合物理地址和屬性str x6, [x25, x5, lsl #3]      // 存儲到 L3 頁表 (x25)add x3, x3, x1            	// 下一頁subs x2, x2, #1             // 遞減頁計數器bne loop3_3           		// 循環// 填充 L3 頁表 (x26)：0xf2600000 ~ 0xf27fffff 區域 (512 個 4KB 頁)// level 3 table: 0xf2600000 ~ 0xf27fffff, 512 entry, x26// valid addr  0xf2600000 ~ 0xf27fffffldr x1, =0x1000               // 頁大小：4KBldr x2, =((0xF27FFFFF + 1 - 0xF2600000) >> 12) // 計算頁數ldr x3, =0xF2600000             // 物理地址起始// 設備內存屬性ldr x4, = (TT_S1_ATTR_PAGE | \(2 << TT_S1_ATTR_MATTR_LSB) | \TT_S1_ATTR_NS | \TT_S1_ATTR_AP_RW_PL1 | \TT_S1_ATTR_SH_INNER | \TT_S1_ATTR_AF | \TT_S1_ATTR_nG)
loop3_4:ubfx x5, x3, #12, #9          // 提取頁內索引orr x6, x3, x4               // 組合物理地址和屬性str x6, [x26, x5, lsl #3]      // 存儲到 L3 頁表 (x26)add x3, x3, x1            	// 下一頁subs x2, x2, #1             // 遞減頁計數器bne loop3_4           		// 循環// 填充 L3 頁表 (x27)：0xf5000000 ~ 0xf5007fff 區域 (512 個 4KB 頁)// level 3 table: 0xf5000000 ~ 0xf5007fff, 512 entry, x27// valid addr  0xf5000000 ~ 0xf5007fffldr x1, =0x1000               // 頁大小：4KBldr x2, =((0xF5007FFF + 1 - 0xF5000000) >> 12) // 計算頁數ldr x3, =0xF5000000             // 物理地址起始// 設備內存屬性ldr x4, = (TT_S1_ATTR_PAGE | \(2 << TT_S1_ATTR_MATTR_LSB) | \TT_S1_ATTR_NS | \TT_S1_ATTR_AP_RW_PL1 | \TT_S1_ATTR_SH_INNER | \TT_S1_ATTR_AF | \TT_S1_ATTR_nG)
loop3_5:ubfx x5, x3, #12, #9          // 提取頁內索引orr x6, x3, x4               // 組合物理地址和屬性str x6, [x27, x5, lsl #3]      // 存儲到 L3 頁表 (x27)add x3, x3, x1            	// 下一頁subs x2, x2, #1             // 遞減頁計數器bne loop3_5           		// 循環ret.cfi_endproc