[转] SMMU背景和实现分析

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https://blog.csdn.net/gaojy19881225/article/details/82585973

SMMUv3

https://blog.csdn.net/ytfy339784578/article/details/104254322

https://blog.csdn.net/ytfy339784578/article/details/104254338

 

https://kernelgo.org/armv8-virt-guide.html

 

了解SMMU产生背景之前，首先要了解DMA工作原理。因为SMMU的产生主要是为了解决虚拟化平台下的DMA重映射问题。

DMA，外设和内存的连接件，用于解放CPU。外设可以通过DMA，将搜集的数据批量传输到内存，然后再发送一个中断通知CPU去内存取。这样减少了CPU被中断的次数，提高了系统的效率。DMA要能够正常工作，首先要进行正确的配置（包括通道选择、DMA源外设地址、DMA目的内存地址及尺寸等信息）；其次，一般需要连续的一段或多段物理内存。由于DMA不能像CPU一样通过MMU操作虚拟地址，所以DMA需要的是连续的物理地址。

这对Hypervisor+GuestOS的虚拟化系统来说必须解决一个问题：GuestOS看到的内存并非真实的物理内存，Guest OS的驱动无法正常地把连续的物理内存分配给硬件。于是，现代计算机设计了引入了IOMMU（ARM架构叫SMMU）架构，来对非CPU的外部设备，也提供一个MMU部件，对这些设备发出的地址请求进行翻译。DMA设备是其中最重要的应用。

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虚拟化场景下，ARM和X86上的方案是类似的，都是采用两阶段地址翻译实现GPA -> HPA的地址翻译过程。 虚拟机运行在None-secure EL1&0，当虚拟机内的进程访问GVA的时候MMU会将GVA翻译成IPA（intermediate physical address，中间物理地址：GPA）， 这就是所谓的stage 1地址翻译。然后MMU会再次将IPA翻译成HPA，这就是所谓的stage 2地址翻译。

(SMMU支持2阶段地址翻译，这和内存虚拟化场景下MMU支持2阶段地址翻译类似， 第一阶段的地址翻译被用做进程（software entity）之间的隔离或者OS内的DMA隔离， 第二阶段的地址翻译被用来做DMA重映射，即将Guest发起的DMA映射到Guest的地址空间内。)