嵌入式系统设计师考试复习笔记之存储管理篇

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1、嵌入式系统设计师考试复习笔记之存储管理篇欧浩源(ohy3686@qq.com) 20080721引言2007年下半年通过了嵌入式系统设计师的考试，一大堆的复习资料都不知道扔那里好，卖掉又有点可惜，送人又没人要。与其让当时的复习笔记沉沦书架底部，还不如整理一下让大家评论评论。2008年11月的考试也快到了，如果能帮到有需要的人，那我真是乐坏了。看看06和07年的题目，在存储管理方面的题目蛮多的，应该是一个重要考点。无论是概念、理论、分析和计算都相当容易出题。在我当时的复习笔记中这方面算最多了。这里就先拿这个点说说吧，其他的以后有时间再写了。1、存储

2、器系统的层次架构计算机系统的存储器被组织城一个金字塔的层次结构。自上而下为：CPU内部寄存器、芯片内部高速缓存(cache)、芯片外部高速缓存(SRAM、SDRAM、DRAM)、主存储器(FLASH、EEPROM)、外部存储器(磁盘、光盘、CF卡、SD卡)和远程二级存储器(分布式文件系统、WEB服务器)，6个层次的结构。上述设备从上而下，依次速度更慢、容量更大、访问频率更小，造价更便宜。2、高速缓存(cache)工作原理（参照教程126页，博客画不了图）：主要利用了程序的局部性特点。地址映象是指把主存地址空间映象到cache的地址空间。地址变换是

3、指当程序或数据已经装入到cache后，在实际运行过程中，把主存地址如何编程cache空间的地址。常用的地址映象和地址变换的方式有：（教程127页）直接映象和变换：速度快，造价低，但有局限性，不能充分利用cache的好处。组相联地址映象和变换：速度稍慢但是命中率高。全相联地址映象和变换：可以任意映射。常用的cache替换算法：轮转法和随机替换算法。高速缓存的分类：统一cache和独立的数据/指令cache写通cache和写回cache读操作分配cache和写操作分配cache3、存储管理单元（MMU）MMU在CPU和物理内存之间进行地址转换，将地址

4、从逻辑空间映射到物理空间，这个过程称为内存映射。MMU主要完成下面的工作：A.    虚拟存储空间到物理空间的映射。B.    存储器访问权限的控制。C.    设置虚拟存储空间的缓冲特性。嵌入式系统中常常采用页式存储管理。为了管理这些页引入了页表的概念。页表是位于内存中的表，它的每一行对应虚拟存储空间的一个页，该行包含了该虚拟内存页对应的物理内存页的地址、该页的访问权限和该页的缓冲特性等。从虚拟地址到物理地址的变换过程就是查询页表的过程。由于页表存储在内存中的，整个查询过程需要付出很大的代价。根据程序局部性的特点，增加了一个小容量、高速度的存储

5、部件来存放当前访问需要的地址变换条目，这个存储部件称为：地址转换后备缓冲器(TLB)。当CPU访问内存时，首先在TLB中查找需要的地址变换条目，如果该条目不存在，CPU再从内存中的页表中查询，并把相应的结果添加到TLB中，更新它的内容。嵌入式系统中虚拟存储空间到物理空间的映射以内存块为单位进行。即虚拟存储空间中一块连续的存储空间被映射到物理存储空间中同样大小的一块连续存储空间。在页表和TLB中，每一个地址变换条目实际上记录了一个虚拟存储空间的内存块的基地址与物理存储空间相对应的一个内存块的基地址之间的对应关系。在MMU中实现虚拟地址到物理地址的映

6、射是通过两级页表来实现的。禁止MMU时，所有物理地址和虚拟地址相等，即使用平板存储模式。4、内存保护操作系统通常利用MMU来实现操作系统内核与应用程序之间的隔离，以及应用程序与应用程序之间的隔离。内存保护包含两个方面的内容：A.    防止地址越界，每个应用程序都有自己独立的地址空间。B.    防止越权操作，每个应用程序都有自己的访问权限。5、实模式与保护模式在嵌入式系统中，常见的存储管理方案可以分为两大类：实模式和保护模式。实模式：内存的平面使用模式。特点有：A.    不划分“系统空间”与“用户空间”，无须进行地址映射。B.    操作系统

7、与应用程序之间不再有物理的边界。C.    系统中的“任务”或“进程”，实际上全是内核线程。在实模式下，内存布局可以分为5个段：A.    代码段：包含操作系统和应用程序的所有代码。B.    数据段：所有带有初始值的全局变量。C.    BSS段：所有未带初始值的全局变量。D.    堆空间：动态分配的内存空间。E.    栈空间：保存上下文以及函数调用时的局部变量和形参。在实模式存储管理方案下，主要的工作在于堆空间的管理，即如何来管理空闲的堆空间、如何来分配内存、如何来回收内存等等。保护模式：处理器中必须有MMU硬件并启用。特点有：A.   

8、 系统内核和用户程序都有各自独立的地址空间。B.    每个应用程序只能访问自己的地址空间，不能去破坏操作系统和其他应用程序的代码和数据