【迅為iTop4412學習筆記】10.瞭解實體地址和虛擬地址
宣告
以下都是我剛開始看驅動視訊的個人強行解讀，如果有誤請指出，共同進步。
本節目標
瞭解實體地址和虛擬地址，MMU是關鍵
在之前我們對linux驅動已經有了一個大概印象，而編寫的程式碼也都是學習性質的編寫，在本節之後就開始逐漸深入。
首先我們要用到的就是迅為提供的開發板的原理圖，他的位置是
iTOP-4412精英版光碟資料\01_PCB_SCH_DATASHEET下的iTOP4412_MAIN_CLASICS_V3_2_20180205資料夾下，而怎麼去看這些就好好看迅為的視訊即可。
對於用過微控制器的人來說，這一節應該是比較好理解的。
我們以LED為例，一步步的查詢如何連線，最終找到GPL2_0就是迅為開發板4412晶片接LED的管腳
所以我們要編寫驅動，最終還是要操控GPL2_0的暫存器，開啟4412晶片的datasheet搜GPL2CON就能找到他的硬體地址。
那是不是我們直接操控他的硬體地址就行了呢？不是。
我們要謹記，微控制器和linux是不一樣的。如果把linux當微控制器去使，他就只是一個微控制器，沒有系統層面的思想，這樣是沒有靈魂的！
微控制器我們是怎麼玩的？
我們知道程式其實都是操作CPU的暫存器。程式就是告訴CPU，你的哪個暫存器要怎麼做。程式在哪？舉個例子，我們電腦上寫程式，寫好了可不放在硬碟麼…
對於linux來說
linux是個系統，也是一個平臺，做事要講究，我們不能什麼直接操作暫存器。對於實體地址，linux都把他包裝起來了，不直接開放給我們操作。我們程式想操作，要經過linux的允許。
首先講一下，我們要知道微控制器和ARM Linux的區別是什麼。百度一搜就知道多了一個cache和mmu記憶體管理單元。
引入記憶體概念
CPU應該都知道，他的速度是非常快的，硬碟則是非常慢的。所以CPU直接讀硬碟的程式，那著急死了。
因此我們引入了記憶體，他的速度介於CPU和硬碟之間作為一箇中轉站，這樣大家就都好受一點了。
對於微控制器，實時效能要求較高，操作GPIO是第一位的，所以CPU要等待引腳的操作完成，再去做別的事情。因此微控制器只需要這麼多就可以了。
引入cache快取概念
但是對於linux來說，他是一個平臺，他的夢想遠大，怎麼能滿足這麼一點功能呢？
雖然引入了記憶體，但這個速度還是不夠快，所以在CPU和記憶體直接又引入了一個cache，他的速度介於CPU和記憶體之間。
這下速度差不多了，CPU -> cache -> 記憶體 -> 硬碟，有這麼多的快取硬體，這下大家的速度都匹配了。（不要問為什麼不全部用cache，貴啊…）
這下速度夠快了，linux還是覺得差了點。
引入MMU記憶體管理單元的概念
我們隨便說一臺電腦的配置，什麼i7的CPU（隨便舉個例子，快取是幾M），8G的記憶體，1T的硬碟。
速度夠了，但是好像大家大小不一樣啊，我要是有個10G的程式，8G記憶體那不是裝不下？難道就執行不了了？
linux決定搞一些騷操作，我要用8G的記憶體也能載入10G的程式。
他引入了一個虛擬記憶體
10G的程式，難不成10G都會用到？所以程式常用的部分就載入進記憶體，不常用的還放在硬盤裡，當程式需要呼叫不在記憶體的部分程式的時候，再從硬盤裡讀。雖然慢了點，但好在能用8G的記憶體載入10G的程式了。
但是問題來了，我怎麼知道你程式在哪？
此時MMU出現了，他不存這些資料，而是建立一個“表格”，他儲存了虛擬地址和實體地址的對映關係。當你操作這些虛擬地址的時候，MMU就會找到他的實體地址去呼叫它。
我們假設我們的電腦的配置很低（1G記憶體，10G硬碟）
現在我們運行了一個4G的程式。我們CPU開始執行程式，程式要操作，但是操作就要有地址，那麼則去操作那些虛擬地址，而MMU再找到虛擬地址對應的真正的實體地址，最後從實體地址裡真正的讀程式去控制CPU裡的暫存器。
為什麼ARM的linux要做比微控制器這麼多複雜的事情呢？
- 即使你的記憶體不夠大，也能跑比記憶體還要大的程式（慢了點，也比跑不了好吧！）
- 直接操作CPU的暫存器雖然快，但其實是一個很危險的事情，linux要統一管理
虛擬記憶體是不是無限大呢？
不是，就像牛皮一樣，你可以吹牛皮，但是你不能吹破了。
對於32位的CPU，他最多尋找2^32=4G個地址，那麼能操控的地址最大也就是4G。
- 假如你不富有，只有1G的記憶體條，那麼系統可以最大幫你虛擬4G的記憶體出來（4G的程式不是同時在跑，所以用哪一部分，那裡載入硬盤裡的程式到1G記憶體裡去跑），你就能跑4G的程式了。
- 假如你很有錢，有4G的記憶體條，4G的虛擬地址和4G的實體地址一一對應，你的程式全部載入在記憶體條裡，程式跑的自然快很多（因為記憶體比硬碟快）
- 假如你特別有錢，用的8G的記憶體條，那麼恭喜你，你浪費了4G的記憶體，因為32位的CPU最多隻能尋找4G個地址。（所以有傻X用32位的系統但是用8G的記憶體條，盡情的嘲笑他…）
對於64位的CPU，最多能模擬2^64=17179869184G的大小。多麼嚇人的數字。
- 假如你不富有，還是用的1G的記憶體條，系統照樣可以用硬碟來當記憶體使，只是硬碟速度慢，跑起程式來也慢。
- 假如你有錢，記憶體條你可以使勁加大，因為64位的CPU可以操作的地址太大了，你記憶體夠大，能跑的程式就越多越快（因為都在記憶體）。
所以有錢，就加記憶體，你就可以載入很多程式到記憶體條，因為都在記憶體，所以速度也很快。
但是記憶體大還不夠，你硬碟如果太慢了，記憶體讀的著急死了也讀不進去。所以硬碟雖然大，但硬碟速度也要快，機械硬碟的速度太著急了，用SSD吧，讀寫速度很快。
（emmm…三千預算進卡吧，加錢加到十萬八…）
收尾
對於上系統來說，東西雖然看起來好像變複雜了，但是複雜的同時，也能讓他能做的事變多變強了。
而且這些複雜的東西不需要你全部完成，很多東西都是自動的（不然要系統幹啥）
對於我們編寫驅動來說，只需要操作虛擬地址即可。只要想操作的虛擬地址能對應上我們遙操作的那個實體地址，中間是怎麼實現的自然有晶片廠家來做，他們會提供這個地址是如何對映的，我們只管看晶片手冊，使用對映好的虛擬地址即可。