PowerPC PPC460-S MMU

入门介绍
- 基本介绍 Overview
- MMU功能
- TLB
  - Overview
  - Attribute
  - Address Translation
  - Performance Improving
  - Others

入门介绍

基本介绍 Overview

The PPC460-S supports a Flat,36-bit(64GB) real(physical) address space.
36位的物理地址通过MMU产生（内核根据取值、取指的32位有效地址翻译而来）

MMU功能

The MMU provides address translation，access protection，and storage attitude control for embedded applications.
MMU提供了如下功能：

32位的有效地址（effective address）转译成36位物理地址空间
页读、写、执行控制
Storage attributes for cache policy, byte order, and speculative memory access .
Software control of page replacement strategy

TLB

Overview

The translation lookaside buffer( 后备转译缓存）是基本的硬件资源
（如同指令和数据Cache，只是用来存储页表，已加快地址翻译以及提供内存保护）。

Attribute

It consists of 64 entries, each specifying the various attributes of a given page of the address space.
The TLB is fully-associative, the entry for a given page can be placed anywhere in the TLB. The TLB Tag and data memory arrays are parity protected against soft errors, which causes a machine check exception.
一般由软件来管理TLB入口的建立和替换，这样给用户在定义页表转换策略提供了灵活性。
例如，你可以定义全局可访问的静态映射的TLB入口，以提高转译的效率。
TLB的相关操作指令是特权级的，因此处理器必须处于内核态来处理。

Address Translation

首先将有效地址翻译为虚拟地址（virtual address)
- 41位虚拟地址来源：32位有效地址， 8位Process ID（PID）， 1位Address Space Identifier
- PID值从PID寄存器获取
- AS Identifier从MSR寄存器获取
使用TLB将41位虚拟地址翻译成36位物理地址

NOTE：只有对在TLB中含有有效的虚拟地址的页的入口地址才会发生翻译，否则会引发指令或数据TLB异常

Performance Improving

为了提升性能，指令Cache和数据Cache都保留了独立的TLB影子缓存(Shadow TLB Array).

The Instruction Shadow TLB(ITLB)可保留4个入口；
The Data Shadow TLB(DTLB)可保留8个入口entry；

在取值和取指过程中，只有当在各自的影子TLB中缺页时，才会访问保护64入口的统一TLB区
（当然，在影子TLB缺页时也就会带来3个指令周期的损耗）；
对于ITLB和DTLB的替换以及有效性处理均由硬件管理，软件不需要做什么操作。

Others

每个TLB Entry都提供了单独的用户态及内核态的读、写、执行权限
- 如果软件企图访问一个权限不匹配的页，指令取指或数据加载异常就会发生；
每个TLB Entry也提供了对相关页的存储属性的集合
- 缓存规则（可缓存性、直写Write-Through/回写Copy-Back）
- 字节序（大端/小端）
- 页随机访问的使能（enabling of speculative access for the page )
- 4个可自定义的属性

以上内容参考《PowerPC 460-S Embedded Processor Core —- User manual》

入门介绍
- 基本介绍 Overview
- MMU功能
- TLB
  - Overview
  - Attribute
  - Address Translation
  - Performance Improving
  - Others