MMU协处理器仿真模型的研究及软件仿真实现

发布时间：2020-09-01 18:37

　　嵌入式软件目前已广泛应用于生活和工业中,硬件仿真器是一个重要的可用于运行、调试和验证嵌入式操作系统和应用软件的工具。仿真器常被要求能够正确执行所处理的任务,因此它肯定是高度可信的。可信的仿真器要求建立正确的模型来描述它。存储管理单元(MMU)协处理器是微处理器中的重要组件,设计和实现正确可靠的MMU对于一个硬件仿真器来说尤为必要。本文介绍ARM926EJ-S微处理器的硬件结构及原理,重点介绍了MMU协处理器的硬件结构、MMU所访问的缓存结构和MMU的事务处理过程。在此基础上,对MMU访问的缓存硬件TLB、Cache和WriteBuffer进行建模,用于描述其结构组成和属性。然后对MMU的事务处理过程分别建立基于组件的模型和基于有限状态机的模型,事务处理包括错误检查过程、地址转换过程、加载指令过程、读数据过程和写数据过程等。而错误检查过程又包括了地址对齐错误检查、转换错误检查、域错误检查和权限错误检查。基于组件的模型很好地描述了MMU事务的组件构成和体系结构,而基于有限状态机的模型详细地描述了MMU事务被处理时的状态迁移和迁移条件。利用所建立的基于组件的模型和基于有限状态机的模型,最后对MMU协处理器模块进行算法的设计和实现,然后把所实现的MMU模块应用于硬件仿真器中进行测试。测试实验表明,所建立的存储管理单元模型是正确可用的,所达到的效果与实际硬件的效果类似。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2011
【中图分类】：TP368.1;TP391.9
【部分图文】：

硬件体系结构,微处理器

应用于全存储管理的多任务应用程序领域。它存、灵活的大小指令、紧密耦合内存（TCM点。ARM926EJ-S 微处理器提供了单独指令多层 AHB 的系统。它可执行 ARMv5TEJ 指 32 位乘法器，可进行单周期 MAC 运算，以信号处理应用程序的性能并支持 Thumb 技术S 微处理器作为入门级处理器，支持完整版操Symbian。主要定位在多任务应用上，支持全点。支持高效执行 Java 指令代码，在没有关联一样的 Java 性能。ARM926EJ-S 微处理器还支硬件的调试功能。ARM926EJ-S 微处理器主要系统和嵌入式系统等领域。图 2-1 描述了 A结构[15]。

虚拟地址,算法,进程

MU 中的一个附加硬件，在微处理器的CPU 只看到的是虚拟地址（Virtual AdModified VirtualAddress，MVA）和物理器中，当切换到进程 ID 值不为 0 的换将会发生。快速上下文切换硬件检测转换虚拟地址 MVA。达 MMU 之前，FCSE 利用 CP15 C13 寄为当前进程所在进程空间块的编号，的是为了减少切换进程时的代价，因而不进行上述处理的话，当进行进程切映射。这样就意味着需要重建页表、使价非常大。

框图,事务处理,总体结构,框图

先给出 MMU 总体事务流程框图来描述 MM CPU 访问存储器操作的主要流程。图 2-5 给出了 M 2-2 给出了每个操作过程的定义。表 2-2 MMU 操作过程标号定义操作过程定义CPU 向 FCSE 提供虚拟地址，FCSE 计算得到转换FCSE 向 MMU 提供转换虚拟地址CPU 向 MMU 提供数据，也就是写数据过程CPU 从 MMU 获取数据，也就是读数据过程MMU 从 ICache 中加载指令指令未在 ICache 中命中时从外部存储器中加载并MMU 把数据写到 DCache 中MMU 从 DCache 中读取数据MMU 把数据写到 WriteBuffer 中MMU 把 WriteBuffer 中缓存的数据写回到外部存MMU 直接把数据写到外部缓存或者从外部缓存读

【参考文献】