关于STM32虚拟内存

只看该作者 · 2013-1-8 13:37

同志们好！！
俺来提个虚拟内存的问题，看有没有大神知道。

想必很多人知道，IAR FOR STM8 可以使用 __eeprom关键字来声明变量，使变量存放于eeprom之中，当程序操作变量时，会自动调用相应的eeprom读写函数，实现“透明传输”

这在我的意识里面，是一种虚拟内存。
而今天我有一个想法。在没有FSMC接口的前提条件下，将某些外部存储器，比如PSRAM，或者SPI FLASH，连接到STM32的IO上，那么对PSRAM的操作只能用IO模拟时序，对SPI FLASH的操作只能通过SPI接口。我想把他们变成虚拟内存，直接对变量进行存取，在C代码里隐藏IO调用。请问大大们可有方法？？

曾经幻想过 HardFault或MemManage这类中断或许可以实现，但很难找到当前出错的地址和寄存器，而且频繁中断的效率又低，故又幻想编译器本身有没有这类功能？？

只看该作者 · 2013-1-8 16:22

这里没啥人，问了也白问！

1万 · 2013-1-8 16:24

我觉得, 如果利用好存储器总线异常, 将芯片内部的 SRAM 作为内存空间, 实现虚拟内存是有可能的.
不过虚拟内存的管理是个庞大的系统, 这套系统放在 FLASH 里也未必够. 另外, STM32 的内部 SRAM 的空间又太小. 导致交换过于频繁.
所以, 可行性不高.

只看该作者 · 2013-1-8 16:30

主要是实现虚拟地址

只看该作者 · 2013-1-8 18:59

没方法;如果有方法你就不会提这样的问题了;

只看该作者 · 2013-1-8 19:01

IO操作SRAM 会搞死人的;严重消耗系统资源;

只看该作者 · 2015-2-8 10:46

想法不错啊，看权威指南可以看到，确实可以使用中断的方式模拟某些特殊指令，像你说的扩展内存空间的方法，貌似还是种标准的正规做法呢

只看该作者 · 2015-2-8 13:11

你这不是把简单的东西搞复杂了嘛
不能为了函数的接口简单，就弄这么个复杂的东西

只看该作者 · 2015-2-11 14:44

没有MMU单元是实现不了虚地址访问的。这也是MCU和MPU最大的差别

只看该作者 · 2016-4-3 13:32

本帖最后由 turmary 于 2016-4-3 13:45 编辑

我有一个方案还没有实现，大体的想法发生保留地址执行(访问)的异常的时候捕获地址，执行相应SRAM地址中的指令。
该SRAM中的指令从其它存储按需加载，对跳转和数据访问要单独解析指令编码然后做仿真处理，以得到应用程序的虚拟PC寄存器值和数据。
说起来就像实现了半个虚拟机，一部分指令使用Cortex-M3实际运行，另一部分使用仿真。
理论上整体运行效率只有实际硬件上运行的1%以下。

只看该作者 · 2016-4-9 17:05

本帖最后由 turmary 于 2016-4-11 00:21 编辑

hello world!
PRIMASK = 0x00000000
FAULTMASK = 0x00000000
MPU config complete

ROM TABLE ITEMS
ROM[ 0] = 0xE000E000 SCS
ROM[ 1] = 0xE0001000 DWT
ROM[ 2] = 0xE0002000 FPB
ROM[ 3] = 0xE0000000 ITM
ROM[ 4] = 0xE0040000 TPIU
ROM[ 5] = 0xE0041000 ETM

********************fault isr********************
last mode    = Thread
   stack    = PSP
   access    = Privileged
   fault    = BusFault
   sp       = 0x20001198
   MSP       = 0x200009A0
   BFSR    = 0x04 Imprecise_data_bus_err

ep->0 [r0]    = 0x00000005
ep->1 [r1]    = 0x0000F000
ep->2 [r2]    = 0x00000005
ep->3 [r3]    = 0x00000000
ep->4 [r12]    = 0x00000000
ep->5 [lr]    = 0x20008000
ep->6 [pc]    = 0x0000021C
ep->7 [psr]    = 0x61000000 -ZC-- T
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

********************fault isr********************
last mode    = Thread
   stack    = PSP
   access    = Privileged
   fault    = BusFault
   sp       = 0x20001198
   MSP       = 0x200009A0
   BFSR    = 0x82 Precise_data_bus_err BFAR_valid_address
   BFAR    = 0x2000F000

ep->0 [r0]    = 0x00008AB8
ep->1 [r1]    = 0x2000F000
ep->2 [r2]    = 0x00000005
ep->3 [r3]    = 0x00000000
ep->4 [r12]    = 0x00000000
ep->5 [lr]    = 0x20008000
ep->6 [pc]    = 0x00000224
ep->7 [psr]    = 0x61000000 -ZC-- T
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
[0x2000F000] = 00000005
run [0x00020001]

********************fault isr********************
last mode    = Thread
   stack    = PSP
   access    = Privileged
   fault    = BusFault
   sp       = 0x20001198
   MSP       = 0x200009A0
   BFSR    = 0x01 Instruction_bus_err

ep->0 [r0]    = 0x00000011
ep->1 [r1]    = 0x20001264
ep->2 [r2]    = 0x00000011
ep->3 [r3]    = 0x00002889
ep->4 [r12]    = 0x00000000
ep->5 [lr]    = 0x00000251
ep->6 [pc]    = 0x00020000
ep->7 [psr]    = 0x61000000 -ZC-- T
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
run [0xE00FF000]

********************fault isr********************
last mode    = Thread
   stack    = PSP
   access    = Privileged
   fault    = MemManage
   sp       = 0x20001198
   MSP       = 0x200009A0
   MMFSR    = 0x01 Instruction_access_violation

ep->0 [r0]    = 0x00000011
ep->1 [r1]    = 0x20001264
ep->2 [r2]    = 0x00000011
ep->3 [r3]    = 0x00002889
ep->4 [r12]    = 0x00000000
ep->5 [lr]    = 0x00000263
ep->6 [pc]    = 0xE00FF000
ep->7 [psr]    = 0x60000000 -ZC-- -
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
psp_err_handler(): ### stop ###

大部分内容都解析出来了，几年前的代码了

1万 · 2016-4-9 21:59

如果可以挂载外部芯片作为内存使用，确实是很好，可是系统可以自动启用这个内存吗

只看该作者 · 2016-4-9 22:11

外部挂SRAM和并行Flash是可以直接访问的，其它接口的恐怕不行了。

1万 · 2016-4-10 11:01

因为闪存的读写次数有限，跟电脑硬盘不同，你这样搞，没多久就挂了。

只看该作者 · 2016-4-10 16:24

我们在讨论要实现该怎么做，交换设备不一定是闪存啊，RO从闪存或SD卡加载，RW可以交换到外部RAM的。
这里问题的关键是怎么处理系统异常指令。

简单的例子，现在RAM够用了，这样读写数据不用交换的。
但是ROM太小代码放不下，外扩ROM又不是直接（读写内存地址）访问的，怎么办？

只看该作者 · 2016-4-11 15:57

你这是想实现MMU的功能

只看该作者 · 2016-4-12 22:29

本帖最后由 turmary 于 2016-4-12 22:35 编辑

不是的，我要做的是半个虚拟机，在Cortex-M3上仿真Cortex-M3的部分指令，像跳转和数据读写。
其它的指令直接在Cortex-M3上执行。
做了虚拟机之后，就可以运行代码量很大的程序，不受片内Flash大小限制，只是程序实际速度要慢很多。

2万 · 2016-4-24 22:34

turmary 发表于 2016-4-24 20:18
Cortex-M3上的Cortex-M3仿真模型已完成，LED闪烁应用程序和emulator直接烧写进片内Flash,运行应用时从内片F ...

能否详细说说cm3上虚拟cm3

只看该作者 · 2016-4-25 00:25

本帖最后由 turmary 于 2016-4-25 19:34 编辑

后面半个月我要写连载，半个月的原理说明。

这个虚拟机实现需要用到保留地址上的两个异常
1. bus_fault子类BFSR_IBUSERR(Instruction bus err)
用于生成地址异常
2. bus_fault子类BFSR_PRECISERR(Precise data bus err)
用于生成数据异常
这两个异常不需要打开MPU。

保留地址取Cortex-M3芯片的保留地址，比如LM3S1138的保留地址如下图

0x1000 0000 - 0x1FFF FFFF 指定为代码空间,在这里执行时产生BFSR_IBUSERR.
0x3000 0000 - 0x3FFF FFFF 指定为数据空间,指令读写这里产生BFSR_PRECISERR.
编译应用程序时代码空间(RO)指定基地址为0x1000 0000,数据(RW)指定基地址为0x3000 0000.

确保你的Cortex-M3芯片在以上地址生成相应的异常,可以区分执行指令的异常和读写数据的异常并可以截获数据地址。
如果保留地址(无MPU)方案不符合异常要求，可以打开并设置MPU，这样需要处理的异常类型是mem_manage_fault的两个子类。

只看该作者 · 2016-9-13 23:15

本帖最后由 turmary 于 2016-9-14 00:15 编辑

不处于(取指和数据)异常的环境是应用程序环境，因为在不存在的虚拟地址取指，Cortex-M3会产生取指异常，进入异常后的环境是仿真环境。
仿真环境的代码都在有效ROM地址范围，即仿真环境本身不能再触发异常，否则就会死循环了。

发生异常后，Cortex-M3硬件自动保存的堆栈exception_t到PSP指向的RAM，
typedef struct {
unsigned r0;
unsigned r1;
unsigned r2;
unsigned r3;
unsigned r12;
unsigned lr;
unsigned pc;
unsigned psr;
} exception_t;
这时已进入仿真环境，首先需要用汇编处理硬件堆栈，整理出应用程序的寄存器环境exception2_t
typedef struct {
unsigned r0;       // 0x00
unsigned r1;
unsigned r2;
unsigned r3;
unsigned r4;       // 0x10
unsigned r5;
unsigned r6;
unsigned r7;
unsigned r8;       // 0x20
unsigned r9;
unsigned r10;
unsigned r11;
unsigned r12;       // 0x30
unsigned sp;
unsigned lr;
unsigned pc;
unsigned psr;       // 0x40
unsigned exc_return;
} exception2_t;
所有应用环境寄存器里的地址都是虚拟地址。

后面仿真环境全用C代码处理喽，无非是获取PC处指令的二进制代码，分析后做相应动作，并且不断重复分析、执行这两个动作。
int fault_with_ibus(const m3env_t* env, volatile unsigned virt_pc) {
opcode_t* op = opcode_buf;
unsigned long pc;

#if ACCELERATE_IBUS_INNER_LOOP
next_ibus_fault:
#endif
pc = virt2phy(virt_pc);

// maybe an unaligned access
op->binary = unaligned_long(pc);
opcode_parse(op);

opcode_exec(op, env);
if (op->attr & OPCODE_ATTR_EMUL) {
      // if soft emulation then

      #if ACCELERATE_IBUS_INNER_LOOP
      // remove Thumb state
      virt_pc = (env->ep2->pc & ~0x1UL) + INSTRUCTION_SIZE(op);
      if (!interrupt_pending() && IN_TEXT_AREA(virt_pc)) {
         env->ep2->pc = virt_pc;
         goto next_ibus_fault;
      } else
      #endif
      {
         return INSTRUCTION_SIZE(op);
      }
}
// if hard_exec then
return 0;
}

与地址无关的指令可以直接使用硬件仿真，这里的办法很简单，
把这个指令放进某个RAM单元 --- exec_space[0]，下个RAM单元 --- exec_space[1]放一个断点指令。
保存下一个应用程序指令的地址<1>，设置异常返回后的PC指向exec_space[0]，并从异常返回。
就时处于应用环境，执行exec_space[0]里的指令,之后执行exec_space[1]里的指令将触发调试异常，
在调试异常中（仿真环境）恢复地址<1>到PC，异常返回后回到应用环境，一个应用程序指令(硬件)仿真周期完成。
#define BKPT_INST       0xBE01UL
#define CSPC_INSTRUCTION 0
#define CSPC_BKPT       1
unsigned exec_space[] = {
(BKPT_INST << 16) | BKPT_INST,
(BKPT_INST << 16) | BKPT_INST,
};
static uint32_t real_pc[] = {0, 0};

int hard_exec_entry(const m3env_t* env, const opcode_t* op) {
unsigned next_pc;

if (IS_INST_32BIT(op)) {
      next_pc = env->ep2->pc + 4;
      exec_space[0] = op->binary;
} else {
      next_pc = env->ep2->pc + 2;
      exec_space[0] = (BKPT_INST << 16) | (op->binary & 0xFFFFUL);
}

real_pc[is_app_in_intr()] = next_pc;
env->ep2->pc = (unsigned)&exec_space[0];

/*
printf("exec_space[0] = 0x%.8X\n", exec_space[0]);
printf("exec_space[1] = 0x%.8X\n", exec_space[1]);
*/
return 0;
}
这时应用环境在下一条指令的虚拟地址取指，再次触发取指异常，新的应用指令仿真周期开始。

关于STM32虚拟内存

常驻人口

技术高手奖章

技术新星奖章

荣誉元老奖章

坚毅之洋流

十世金身

技术领袖奖章

沉静之湖泊

伴坛终老

突出贡献奖章

技术奇才奖章

甘甜之泉水

欢快之小溪

技术导师奖章

社区建设奖章

经常做客

终身成就奖章