嵌入式系统中，存储系统差别很大，可包含多种类型的存储器件，如FLASH，SRAM，SDRAM，ROM等，这些不同类型的存储器件速度和宽度等各不相同；在访问存储单元时，可能采取平板式的地址映射机制对其操作，或需要使用虚拟地址对其进行读写；系统中，需引入存储保护机制，增强系统的安全性。为适应如此复杂的存储体系要求，ARM处理器中引入了存储管理单元来管理存储系统。
一.内存管理单元（MMU）概述
在ARM存储系统中，使用MMU实现虚拟地址到实际物理地址的映射。为何要实现这种映射？首先就要从一个嵌入式系统的基本构成和运行方式着手。系统上电时，处理器的程序指针从0x0（或者是由0Xffff_0000处高端启动）处启动，顺序执行程序，在程序指针（PC）启动地址，属于非易失性存储器空间范围，如ROM、FLASH等。然而与上百兆的嵌入式处理器相比，FLASH、ROM等存储器响应速度慢，已成为提高系统性能的一个瓶颈。而SDRAM具有很高的响应速度，为何不使用SDRAM来执行程序呢？为了提高系统整体速度，可以这样设想，利用FLASH、ROM对系统进行配置，把真正的应用程序下载到SDRAM中运行，这样就可以提高系统的性能。然而这种想法又遇到了另外一个问题，当ARM处理器响应异常事件时，程序指针将要跳转到一个确定的位置，假设发生了IRQ中断，PC将指向0x18(如果为高端启动，则相应指向0vxffff_0018处)，而此时0x18处仍为非易失性存储器所占据的位置，则程序的执行还是有一部分要在FLASH或者ROM中来执行的。那么我们可不可以使程序完全都SDRAM中运行那？答案是肯定的，这就引入了MMU，利用MMU，可把SDRAM的地址完全映射到0x0起始的一片连续地址空间，而把原来占据这片空间的FLASH或者ROM映射到其它不相冲突的存储空间位置。例如，FLASH的地址从0x0000_0000－0x00ff_ffff,而SDRAM的地址范围是0x3000_0000－0x31ff_ffff，则可把SDRAM地址映射为0x0000_0000－0x1fff_ffff而FLASH的地址可以映射到0x9000_0000－0x90ff_ffff（此处地址空间为空闲，未被占用）。映射完成后，如果处理器发生异常，假设依然为IRQ中断，PC指针指向0x18处的地址，而这个时候PC实际上是从位于物理地址的0x3000_0018处读取指令。通过MMU的映射，则可实现程序完全运行在SDRAM之中。
在实际的应用中，可能会把两片不连续的物理地址空间分配给SDRAM。而在操作系统中，习惯于把SDRAM的空间连续起来，方便内存管理，且应用程序申请大块的内存时，操作系统内核也可方便地分配。通过MMU可实现不连续的物理地址空间映射为连续的虚拟地址空间。
操作系统内核或者一些比较关键的代码，一般是不希望被用户应用程序所访问的。通过MMU可以控制地址空间的访问权限，从而保护这些代码不被破坏。
二.MMU地址映射的实现
MMU的实现过程，实际上就是一个查表映射的过程。建立页表（translate table）是实现MMU功能不可缺少的一步。页表是位于系统的内存中，页表的每一项对应于一个虚拟地址到物理地址的映射。每一项的长度即是一个字的长度（在ARM中，一个字的长度被定义为4字节）。页表项除完成虚拟地址到物理地址的映射功能之外，还定义了访问权限和缓冲特性等。
1、映射存储块的分类
MMU 支持基于节或页的存储器访问，MMU可以用下面四种大小进行映射：
节（Section） 构成1MB 的存储器块
支持3 中不同的页尺寸：
微页（Tiny page） 构成1KB 的存储器块
小页（Small page） 构成4KB 的存储器块
大页（Large page） 构成64KB 的存储器块
其中对于节映射使用一级转换表就可以了，而对于微页、小页、大页则需要使用两级转换表。
存在主存储器内的转换表有两个级别：
2、第一级转换表
（注：本文中的页表与转换表同义）
存储节转换表和指向第二级表的指针。
注： 上图中粗糙页表栏中的最后一项应为‘01’
第一级表的每个入口是一个描述它所关联的1MB 虚拟地址是如何映射的描述符。见表3-1，根据bits[1:0]的组合，有四种可能：
· 如果bits[1:0]==0b00，所关联的地址没有被映射，试图访问他们将产生一个转换错（fault）。因为他们被硬件忽略，所以软件可以利用这样的描述符的bits[31:2]做自己的用途。推荐为描述符继续保持正确的访问权限。
· 如果bits[1:0]==0b10，这个入口是它所关联地址的节描述符。见节描述符和转换节参考中的细节。
· 如果bits[0]==1，这个入口给出粗糙第二级表（bit[1]==0），或精细第二级表（bit[1]==1）。
每一种类型的表描述了它所关联的1MB 存储区域的映射。粗糙第二级表较小，每个表1KB，每个精细第二级表4KB。然而粗糙第二级表只能映射大页和小页，精细第二级表可以映射大页、小页和微页。
节描述符和转换节参考
l 如果第一级描述符是节描述符，那么各个字段有如下的意义：
Bits[1:0] 描述符类型标识（0b10 表示节描述符）
Bits[3:2] 高速缓存和缓冲位
Bits[4] 由具体实现定义
Bits[8:5] 这个描述符控制的节的16 种域之一
Bits[9] 现在没有使用，应该为零
Bits[11:10] 访问控制，见表3-3
Bits[19:12] 现在没有使用，应该为零
Bits[31:20] 节基址，形成物理地址的高12 位
文章出处：http://www.diybl.com/course/6_system/linux/Linuxjs/2008611/124749.html