140fe15e0SLoGin //! 该文件用于系统启动早期,内存管理器初始化之前,提供一些简单的内存映射功能 240fe15e0SLoGin //! 340fe15e0SLoGin //! 映射关系为: 440fe15e0SLoGin //! 540fe15e0SLoGin //! 虚拟地址 0-100M与虚拟地址 0x8000_0000_0000 - 0x8000_0640_0000 之间具有重映射关系。 640fe15e0SLoGin //! 也就是说,他们的第二级页表在最顶级页表中,占用了第0和第256个页表项。 740fe15e0SLoGin //! 8*c75ef4e2SLoGin //! 对于x86: 9*c75ef4e2SLoGin //! 这里假设在内核引导文件中,已经填写了前100M的页表,其中,前50M是真实映射到内存的,后面的仅仅创建了页表,表项全部为0。 1040fe15e0SLoGin 11*c75ef4e2SLoGin use bitmap::{traits::BitMapOps, StaticBitmap}; 12*c75ef4e2SLoGin 13*c75ef4e2SLoGin use crate::{ 14*c75ef4e2SLoGin libs::spinlock::SpinLock, 15*c75ef4e2SLoGin mm::{MMArch, MemoryManagementArch, PhysAddr}, 16*c75ef4e2SLoGin }; 17*c75ef4e2SLoGin 1840fe15e0SLoGin use core::marker::PhantomData; 1940fe15e0SLoGin 2040fe15e0SLoGin use super::{ 2140fe15e0SLoGin allocator::page_frame::{FrameAllocator, PageFrameCount, PageFrameUsage}, 2240fe15e0SLoGin page::PageFlags, 2340fe15e0SLoGin PageTableKind, VirtAddr, 2440fe15e0SLoGin }; 2540fe15e0SLoGin 26*c75ef4e2SLoGin /// 用于存储重映射页表的位图和页面 27*c75ef4e2SLoGin static EARLY_IOREMAP_PAGES: SpinLock<EarlyIoRemapPages> = SpinLock::new(EarlyIoRemapPages::new()); 28*c75ef4e2SLoGin 29*c75ef4e2SLoGin /// 早期重映射使用的页表 30*c75ef4e2SLoGin #[repr(C)] 31*c75ef4e2SLoGin #[repr(align(4096))] 32*c75ef4e2SLoGin #[derive(Clone, Copy)] 33*c75ef4e2SLoGin struct EarlyRemapPage { 34*c75ef4e2SLoGin data: [u64; MMArch::PAGE_SIZE], 35*c75ef4e2SLoGin } 36*c75ef4e2SLoGin 37*c75ef4e2SLoGin impl EarlyRemapPage { 38*c75ef4e2SLoGin /// 清空数据 39*c75ef4e2SLoGin fn zero(&mut self) { 40*c75ef4e2SLoGin self.data.fill(0); 41*c75ef4e2SLoGin } 42*c75ef4e2SLoGin } 43*c75ef4e2SLoGin 44*c75ef4e2SLoGin #[repr(C)] 45*c75ef4e2SLoGin struct EarlyIoRemapPages { 46*c75ef4e2SLoGin pages: [EarlyRemapPage; Self::EARLY_REMAP_PAGES_NUM], 47*c75ef4e2SLoGin bmp: StaticBitmap<{ Self::EARLY_REMAP_PAGES_NUM }>, 48*c75ef4e2SLoGin } 49*c75ef4e2SLoGin 50*c75ef4e2SLoGin impl EarlyIoRemapPages { 51*c75ef4e2SLoGin /// 预留的用于在内存管理初始化之前,映射内存所使用的页表数量 52*c75ef4e2SLoGin pub const EARLY_REMAP_PAGES_NUM: usize = 256; 53*c75ef4e2SLoGin pub const fn new() -> Self { 54*c75ef4e2SLoGin Self { 55*c75ef4e2SLoGin pages: [EarlyRemapPage { 56*c75ef4e2SLoGin data: [0; MMArch::PAGE_SIZE], 57*c75ef4e2SLoGin }; Self::EARLY_REMAP_PAGES_NUM], 58*c75ef4e2SLoGin bmp: StaticBitmap::new(), 59*c75ef4e2SLoGin } 60*c75ef4e2SLoGin } 61*c75ef4e2SLoGin 62*c75ef4e2SLoGin /// 分配一个页面 63*c75ef4e2SLoGin /// 64*c75ef4e2SLoGin /// 如果成功,返回虚拟地址 65*c75ef4e2SLoGin /// 66*c75ef4e2SLoGin /// 如果失败,返回None 67*c75ef4e2SLoGin pub fn allocate_page(&mut self) -> Option<VirtAddr> { 68*c75ef4e2SLoGin if let Some(index) = self.bmp.first_false_index() { 69*c75ef4e2SLoGin self.bmp.set(index, true); 70*c75ef4e2SLoGin // 清空数据 71*c75ef4e2SLoGin self.pages[index].zero(); 72*c75ef4e2SLoGin 73*c75ef4e2SLoGin let p = &self.pages[index] as *const EarlyRemapPage as usize; 74*c75ef4e2SLoGin let vaddr = VirtAddr::new(p); 75*c75ef4e2SLoGin assert!(vaddr.check_aligned(MMArch::PAGE_SIZE)); 76*c75ef4e2SLoGin return Some(vaddr); 77*c75ef4e2SLoGin } else { 78*c75ef4e2SLoGin return None; 79*c75ef4e2SLoGin } 80*c75ef4e2SLoGin } 81*c75ef4e2SLoGin 82*c75ef4e2SLoGin pub fn free_page(&mut self, addr: VirtAddr) { 83*c75ef4e2SLoGin // 判断地址是否合法 84*c75ef4e2SLoGin let start_vaddr = &self.pages[0] as *const EarlyRemapPage as usize; 85*c75ef4e2SLoGin let offset = addr.data() - start_vaddr; 86*c75ef4e2SLoGin let index = offset / MMArch::PAGE_SIZE; 87*c75ef4e2SLoGin if index < Self::EARLY_REMAP_PAGES_NUM { 88*c75ef4e2SLoGin assert_eq!(self.bmp.get(index).unwrap(), true); 89*c75ef4e2SLoGin self.bmp.set(index, false); 90*c75ef4e2SLoGin } 91*c75ef4e2SLoGin } 92*c75ef4e2SLoGin } 93*c75ef4e2SLoGin 9440fe15e0SLoGin /// 伪分配器 9540fe15e0SLoGin struct PseudoAllocator<MMA> { 9640fe15e0SLoGin phantom: PhantomData<MMA>, 9740fe15e0SLoGin } 9840fe15e0SLoGin 9940fe15e0SLoGin impl<MMA: MemoryManagementArch> PseudoAllocator<MMA> { 10040fe15e0SLoGin pub const fn new() -> Self { 10140fe15e0SLoGin Self { 10240fe15e0SLoGin phantom: PhantomData, 10340fe15e0SLoGin } 10440fe15e0SLoGin } 10540fe15e0SLoGin } 10640fe15e0SLoGin 10740fe15e0SLoGin /// 为NoInitAllocator实现FrameAllocator 10840fe15e0SLoGin impl<MMA: MemoryManagementArch> FrameAllocator for PseudoAllocator<MMA> { 109*c75ef4e2SLoGin unsafe fn allocate(&mut self, count: PageFrameCount) -> Option<(PhysAddr, PageFrameCount)> { 110*c75ef4e2SLoGin assert!(count.data() == 1); 111*c75ef4e2SLoGin let vaddr = EARLY_IOREMAP_PAGES.lock_irqsave().allocate_page()?; 112*c75ef4e2SLoGin let paddr = MMA::virt_2_phys(vaddr)?; 113*c75ef4e2SLoGin return Some((paddr, count)); 11440fe15e0SLoGin } 11540fe15e0SLoGin 116*c75ef4e2SLoGin unsafe fn free(&mut self, address: PhysAddr, count: PageFrameCount) { 117*c75ef4e2SLoGin assert_eq!(count.data(), 1); 118*c75ef4e2SLoGin assert!(address.check_aligned(MMA::PAGE_SIZE)); 119*c75ef4e2SLoGin let vaddr = MMA::phys_2_virt(address); 120*c75ef4e2SLoGin if let Some(vaddr) = vaddr { 121*c75ef4e2SLoGin EARLY_IOREMAP_PAGES.lock_irqsave().free_page(vaddr); 122*c75ef4e2SLoGin } 12340fe15e0SLoGin } 12440fe15e0SLoGin /// @brief: 获取内存区域页帧的使用情况 12540fe15e0SLoGin /// @param self 12640fe15e0SLoGin /// @return 页帧的使用情况 12740fe15e0SLoGin unsafe fn usage(&self) -> PageFrameUsage { 128*c75ef4e2SLoGin // 暂时不支持 12940fe15e0SLoGin panic!("NoInitAllocator can't get page frame usage"); 13040fe15e0SLoGin } 13140fe15e0SLoGin } 13240fe15e0SLoGin 13340fe15e0SLoGin /// Use pseudo mapper to map physical memory to virtual memory. 13440fe15e0SLoGin /// 13540fe15e0SLoGin /// ## Safety 13640fe15e0SLoGin /// 13740fe15e0SLoGin /// 调用该函数时,必须保证内存管理器尚未初始化。否则将导致未定义的行为 13840fe15e0SLoGin /// 13940fe15e0SLoGin /// 并且,内核引导文件必须以4K页为粒度,填写了前100M的内存映射关系。(具体以本文件开头的注释为准) 14040fe15e0SLoGin pub unsafe fn pseudo_map_phys(vaddr: VirtAddr, paddr: PhysAddr, count: PageFrameCount) { 14140fe15e0SLoGin assert!(vaddr.check_aligned(MMArch::PAGE_SIZE)); 14240fe15e0SLoGin assert!(paddr.check_aligned(MMArch::PAGE_SIZE)); 14340fe15e0SLoGin 14440fe15e0SLoGin let mut pseudo_allocator = PseudoAllocator::<MMArch>::new(); 14540fe15e0SLoGin 14640fe15e0SLoGin let mut mapper = crate::mm::page::PageMapper::<MMArch, _>::new( 14740fe15e0SLoGin PageTableKind::Kernel, 14840fe15e0SLoGin MMArch::table(PageTableKind::Kernel), 14940fe15e0SLoGin &mut pseudo_allocator, 15040fe15e0SLoGin ); 15140fe15e0SLoGin 15240fe15e0SLoGin let flags: PageFlags<MMArch> = PageFlags::new().set_write(true).set_execute(true); 15340fe15e0SLoGin 15440fe15e0SLoGin for i in 0..count.data() { 15540fe15e0SLoGin let vaddr = vaddr + i * MMArch::PAGE_SIZE; 15640fe15e0SLoGin let paddr = paddr + i * MMArch::PAGE_SIZE; 15740fe15e0SLoGin let flusher = mapper.map_phys(vaddr, paddr, flags).unwrap(); 15840fe15e0SLoGin flusher.ignore(); 15940fe15e0SLoGin } 16040fe15e0SLoGin 16140fe15e0SLoGin mapper.make_current(); 16240fe15e0SLoGin } 163