ARMv8 创建3级页表示例

最近在研究arm v8页表创建过程，顺带做了一个如下形式的页表，

// 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
 

下面是页表创建过程与详细注释，供后来者学习参考。

//----------------------------------------------------------------
// 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 (用于清零内存)ldr x3, =0 // x3 = 0 (同上)// 清零 L1 页表 (__ttb0_l1) (L1 页表（32 字节，4 个条目）)ldr x21, =__ttb0_l1  // x21 = L1 页表基地址mov x0, x21            // x0 = 当前操作地址mov x1, #(4 << 3)      // x1 = 4个条目 * 8字节 = 32字节 (L1页表大小)add x0, x0, x1         // x0 指向区域末尾 (预递减清零准备)// can not call func ZeroBlock,  not support nesting
loop_zero_0:subs x1, x1, #16       // 每次处理16字节 (2个条目)，更新计数器stp  x2, x3, [x0, #-16]! // 存储双零并递减地址: [x0-16] = (0,0), x0-=16b.ne loop_zero_0        // 循环直到x1=0// 清零 L2 页表 (__ttb0_l2_ram) (L2 页表（4096 字节，512 条目）)ldr x22, =__ttb0_l2_ram // x22 = L2 页表基地址mov x1, #(512 << 3)    // x1 = 512条目 * 8字节 = 4096字节 (标准2MB块大小)mov x0, x22            // x0 = 当前操作地址add x0, x0, x1         // x0 指向区域末尾//循环使用 subs + b.ne 实现精确计数（当 x1 减至 0 时退出）
loop_zero_1:subs x1, x1, #16       // 每次16字节stp  x2, x3, [x0, #-16]! // 存储双零并前移指针b.ne loop_zero_1       // 循环// 清零第一个 L3 页表 (__ttb0_l3_ram_1) (三个 L3 页表（各 4096 字节）)ldr x23, =__ttb0_l3_ram_1 // x23 = L3 页表1基地址mov x1, #(512 << 3)    // 4096字节 (标准4KB页表大小)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// 清零第二个 L3 页表 (__ttb0_l3_ram_2)ldr x24, =__ttb0_l3_ram_2 // x24 = L3 页表2基地址mov x1, #(512 << 3)    // 4096字节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// 清零第三个 L3 页表 (__ttb0_l3_ram_3)ldr x25, =__ttb0_l3_ram_3 // x25 = L3 页表3基地址mov x1, #(512 << 3)    // 4096字节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个 L3 页表 (__ttb0_l3_ram_4)ldr x26, =__ttb0_l3_ram_4 // x26 = L3 页表4基地址mov x1, #(512 << 3)    // 4096字节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个 L3 页表 (__ttb0_l3_ram_5)ldr x27, =__ttb0_l3_ram_5 // x26 = L3 页表4基地址mov x1, #(512 << 3)    // 4096字节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// 设置 L1 页表项配置// 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 (需要配置的页表项数量)ldr x2, =0x40000000      // x2 = 1GB 地址增量 (每个 L1 条目映射 1GB 空间)// 构建 L1 块描述符属性值：// - 物理地址基址: 0x00000000// - 块描述符类型 (TT_S1_ATTR_BLOCK)  TT_S1_ATTR_BLOCK：使用块描述符 (1GB/2MB 大页)// - 内存属性索引 1 (MATTR=1) 普通内存，适用于ddr// - 非安全状态 (NS)// - 特权读写权限 (AP_RW_PL1)// - 内部可共享 (SH_INNER)// - 访问标志 (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 页表基址指针 (x21 来自前段代码)#if 1	// enable after ddr ready
loop1:str x3, [x4], #8         // 存储每次的x3描述符到 L1 页表并后移指针add x3, x3, x2           // 物理地址增加 1GB (0x40000000)subs x1, x1, #1           // 递减计数器bne loop1                 // 循环直到 3 个条目配置完成
#else
loop1:add x4, x4, #8           // 仅移动指针 (不存储)add x3, x3, x2          // 物理地址增加 1GBsubs x1, x1, #1bne loop1
#endif// 配置 L1 页表中 C0000000-FFFFFFFF 区域的条目// C000 0000 - FFFF FFFF, point to level2 tabel, write to l1 tableorr x1, x22, #TT_S1_ATTR_PAGE  // 将 L2 表基址(x22)与页表描述符属性组合。TT_S1_ATTR_PAGE：页表描述符 (指向下级页表)str x1, [x4]              // 存储到 L1 页表 (指向 L2 页表)// 配置 L2 页表：DDR 区域 (C0000000-DFFFFFFF, 512MB)// level 2 table: C000 0000 - DFFF FFFF, 256 entries, 512MB DDR, 2MB blockldr x1, =256              // 256 个条目 (256 * 2MB = 512MB)ldr x2, =0x200000         // x2 = 2MB 地址增量 (块大小)// 构建 DDR 区域的 L2 块描述符：// - 物理地址基址: 0xC0000000// - 块描述符类型// - 内存属性索引 1 (普通内存)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 页表基址指针 (x22)
loop2_ddr:str x3, [x4], #8          // 存储每次的x3到描述符到 L2 页表并后移指针add x3, x3, x2           // 物理地址增加 2MBsubs x1, x1, #1          // 递减计数器bne loop2_ddr            // 循环配置 256 个条目// 配置 L2 页表：OSPI0 Flash 区域 (E0000000-EFFFFFFF, 256MB)// level 2 table: E000 0000 - EFFF FFFF, 64 entries, 128MB OSPI0 flash, 2MB blockldr x1, =128              // 128 个条目 (128 * 2MB = 256MB)ldr x2, =0x200000         // 2MB 块大小// 构建 OSPI Flash 的 L2 块描述符：// - 物理地址基址: 0xE0000000// - 内存属性索引TT_S1_ATTR_MATTR_LSB 2 (通常用于设备内存)//AP_RW_PL1：特权读写权限//SH_INNER：内部可共享//AF：访问标志 (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         // 继续在 L2 页表存储 (紧接 DDR 区域之后)add x3, x3, x2         	 // 物理地址增加 2MBsubs x1, x1, #1           // 递减计数器bne loop2_ospi0           // 循环配置 128 个条目/*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地址转换：L2 索引：ubfx 提取位[29:21] (#21, #9)L3 索引：ubfx 提取位[20:12] (#12, #9)页表项位置：基址 + 索引 × 8 (lsl #3)*//*虚拟地址 (x2):31       21        12        0┌────────┬────────┬────────┐│  L2索引 │ L3索引 │  页内偏移 │└────────┴────────┴────────┘9位     9位     12位页表结构 (L2):x22 → ┌───────────┐ 基址│ 条目0      │├───────────┤│ 条目1      │├───────────┤│    ...    │├───────────┤│ 条目480    │ ← x22 + 480×8├───────────┤│    ...    │└───────────┘*/// 0xf4000000 ~ 0xf403ffff 区域：2MB 块映射 (普通内存)// F400 0000 - F403 FFFF, 1 entries, 2MB block, normal memory, RNE_MEM, 256KB acture, SRAM// 物理地址 + 属性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  // 目标虚拟地址ubfx x3, x2, #21, #9            // 提取 L2 索引 (位[29:21]) ?str x1, [x22, x3, lsl #3]      // 写入 L2 页表 (x22) ?// 0xf2200000 ~ 0xf23fffff 区域：2MB 块映射 (设备内存)// F220 0000 - F23F FFFF, 1 entries, 2MB block, device, RNE_CFG1// 物理地址 + 属性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            // 目标虚拟地址ubfx x3, x2, #21, #9         // 提取 L2 索引str x1, [x22, x3, lsl #3]      // 写入 L2 页表// 设置 L2 页表项：0xf1000000 ~ 0xf11fffff 指向 L3 页表 (x23)// level 2 table: 0xf1000000 ~ 0xf11fffff, 1 entry, point to level 3_1orr x1, x23, #TT_S1_ATTR_TABLE  // 组合 L3 基址和表描述符属性ldr x2, =0xF1000000             // 虚拟地址范围起始/*从 x2 的位 [21] 开始连续提取 9 位（位 [21] 到 [29]）	将提取的 9 位值存入 x3，高位补零扩展在页表上下文中的意义：在 ARM64 页表系统中：	虚拟地址位 [29:21] 对应 L2 页表索引, 9 位索引可寻址 512 个条目 (2⁹ = 512)	, 该指令提取虚拟地址中的 L2 页表索引号*/ubfx x3, x2, #21, #9           // 提取 L2 索引str x1, [x22, x3, lsl #3]       // 写入 L2 页表// 设置 L2 页表项：0xf2000000 ~ 0xf21fffff 指向 L3 页表 (x24)// level 2 table: 0xf2000000 ~ 0xf21fffff, 1 entry, point to level 3_2orr x1, x24, #TT_S1_ATTR_TABLE  // 组合 L3 基址和表描述符属性ldr x2, =0xF2000000            // 虚拟地址范围起始ubfx x3, x2, #21, #9           // 提取 L2 索引str x1, [x22, x3, lsl #3]       // 写入 L2 页表 //目标地址 = x22 + (x3 << 3)// 设置 L2 页表项：0xf2400000 ~ 0xf25fffff 指向 L3 页表 (x25)// level 2 table: 0xf2400000 ~ 0xf25fffff, 1 entry, point to level 3_3orr x1, x25, #TT_S1_ATTR_TABLE  // 组合 L3 基址和表描述符属性ldr x2, =0xF2400000            // 虚拟地址范围起始ubfx x3, x2, #21, #9           // 提取 L2 索引str x1, [x22, x3, lsl #3]      // 写入 L2 页表// 设置 L2 页表项：0xf2600000 ~ 0xf27fffff 指向 L3 页表 (x26)// level 2 table: 0xf2600000 ~ 0xf27fffff, 1 entry, point to level 3_4orr x1, x26, #TT_S1_ATTR_TABLE  // 组合 L3 基址和表描述符属性ldr x2, =0xF2600000            // 虚拟地址范围起始ubfx x3, x2, #21, #9           // 提取 L2 索引str x1, [x22, x3, lsl #3]      // 写入 L2 页表// 设置 L2 页表项：F500 0000 - F500 7FFF 指向 L3 页表 (x27)// level 2 table: F500 0000 - F500 7FFF, 1 entry, point to level 3_5orr x1, x27, #TT_S1_ATTR_TABLE  // 组合 L3 基址和表描述符属性ldr x2, =0xF5000000            // 虚拟地址范围起始ubfx x3, x2, #21, #9           // 提取 L2 索引str x1, [x22, x3, lsl #3]      // 写入 L2 页表/*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 页表 (x23)：0xf1000000 ~ 0xf11fffff 区域 (512 个 4KB 页)// level 3 table: 0xf1000000 ~ 0xf11fffff, 512 entry, x23// valid addr  0xf1000000 ~ 0xf11fffffldr x1, =0x1000                // 页大小：4KBldr x2, =((0xF11FFFFF + 1 - 0xF1000000) >> 12) // 计算页数ldr x3, =0xF1000000                        // 物理地址起始// 页描述符属性// 设备内存属性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            // 提取页内索引 (位[20:12])orr x6, x3, x4                // 组合物理地址和属性str x6, [x23, x5, lsl #3]       // 存储到 L3 页表 (x23)add x3, x3, x1                 // 移动到下一页subs x2, x2, #1               // 递减页计数器bne loop3_1                    // 循环直到所有页映射完成// 填充 L3 页表 (x24)：0xf2000000 ~ 0xf21fffff 区域 (512 个 4KB 页)// level 3 table: 0xf2000000 ~ 0xf21fffff,, 512 entry, x24// valid addr  0xf2000000 ~ 0xf21fffffldr x1, =0x1000                 // 页大小：4KBldr x2, =((0xF21FFFFF + 1 - 0xF2000000) >> 12) // 计算页数ldr x3, =0xF2000000             // 物理地址起始// 设备内存属性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        // 提取页内索引orr x6, x3, x4              // 组合物理地址和属性str x6, [x24, x5, lsl #3]      // 存储到 L3 页表 (x24)add x3, x3, x1               // 下一页subs x2, x2, #1               // 递减页计数器bne loop3_2               // 循环// 填充 L3 页表 (x25)：0xf2400000 ~ 0xf25fffff 区域 (512 个 4KB 页)// level 3 table: 0xf2400000 ~ 0xf25fffff, 512 entry, x25// valid addr  0xf2400000 ~ 0xf25fffffldr x1, =0x1000               // 页大小：4KBldr x2, =((0xF25FFFFF + 1 - 0xF2400000) >> 12) // 计算页数ldr x3, =0xF2400000             // 物理地址起始// 设备内存属性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          // 提取页内索引orr x6, x3, x4               // 组合物理地址和属性str x6, [x25, x5, lsl #3]      // 存储到 L3 页表 (x25)add x3, x3, x1            	// 下一页subs x2, x2, #1             // 递减页计数器bne loop3_3           		// 循环// 填充 L3 页表 (x26)：0xf2600000 ~ 0xf27fffff 区域 (512 个 4KB 页)// level 3 table: 0xf2600000 ~ 0xf27fffff, 512 entry, x26// valid addr  0xf2600000 ~ 0xf27fffffldr x1, =0x1000               // 页大小：4KBldr x2, =((0xF27FFFFF + 1 - 0xF2600000) >> 12) // 计算页数ldr x3, =0xF2600000             // 物理地址起始// 设备内存属性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          // 提取页内索引orr x6, x3, x4               // 组合物理地址和属性str x6, [x26, x5, lsl #3]      // 存储到 L3 页表 (x26)add x3, x3, x1            	// 下一页subs x2, x2, #1             // 递减页计数器bne loop3_4           		// 循环// 填充 L3 页表 (x27)：0xf5000000 ~ 0xf5007fff 区域 (512 个 4KB 页)// level 3 table: 0xf5000000 ~ 0xf5007fff, 512 entry, x27// valid addr  0xf5000000 ~ 0xf5007fffldr x1, =0x1000               // 页大小：4KBldr x2, =((0xF5007FFF + 1 - 0xF5000000) >> 12) // 计算页数ldr x3, =0xF5000000             // 物理地址起始// 设备内存属性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          // 提取页内索引orr x6, x3, x4               // 组合物理地址和属性str x6, [x27, x5, lsl #3]      // 存储到 L3 页表 (x27)add x3, x3, x1            	// 下一页subs x2, x2, #1             // 递减页计数器bne loop3_5           		// 循环ret.cfi_endproc

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