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; f, R- e+ a$ J* j" v+ o9 Z微控制器 (MCU)
4 ^+ ]8 c# }& D! R大多數(shù)微控制器 (MCU) 使用物理地址進(jìn)行內(nèi)存訪問。MCU 通常是設(shè)計(jì)為簡單、資源有限的嵌入式設(shè)備,目標(biāo)是低功耗、低成本以及實(shí)時(shí)操作。
; h, D7 c, X8 h7 n! O
, K1 Z& f+ N, g1 y7 x1 l% E這些設(shè)備一般沒有復(fù)雜的內(nèi)存管理單元 (MMU) 來處理虛擬地址到物理地址的映射。因此,程序代碼和數(shù)據(jù)是直接通過物理地址訪問的。
% l, S1 _) L. T7 P/ r/ Z& o0 h! M0 t, l3 h8 n% V- V
以常見的 STM32 系列微控制器為例:
* x o( f6 Y _8 v/ ?" {2 L$ i, ~Flash 存儲(chǔ)器:通常從地址 0x08000000 開始。這個(gè)地址是物理地址,程序代碼通常存儲(chǔ)在這里。SRAM:通常從地址 0x20000000 開始。這個(gè)地址也是物理地址,用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和堆棧操作。- ]$ ^: N0 d% j
" h! G7 b1 [& z$ Y; [$ P8 Z
在編程時(shí),當(dāng)開發(fā)者使用指針或訪問某個(gè)變量時(shí),實(shí)際操作的是物理地址。例如:
- N$ a- N% t0 b6 {& c d! x% k( }) I1 b) g H6 S! e3 j4 I
#define LED_PIN (*(volatile uint32_t*)0x48000814) // 指定 GPIO 端口的物理地址 int main(void) { LED_PIN = 0x01; // 設(shè)置引腳電平為高 while (1);}
/ I$ ]# j" L8 g7 ^* m在這個(gè)例子中,0x48000814 是直接引用的物理地址,用于控制 MCU 上的 GPIO 引腳。
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" D# {; ]' }, G4 r z8 E* y系統(tǒng)級(jí)芯片 (SoC); I# X# K0 S; _+ d G3 J
與 MCU 不同,系統(tǒng)級(jí)芯片 (SoC) 通常集成了更復(fù)雜的處理器內(nèi)核(例如 ARM Cortex-A 系列),并且可能運(yùn)行如 Linux 這樣的操作系統(tǒng)。
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+ X) {! ?% M# h& {這些 SoC 通常具有內(nèi)存管理單元 (MMU),能夠?qū)⑻摂M地址映射到物理地址。因此,虛擬地址是應(yīng)用程序通常使用的地址空間。
n# H; n* x, }9 i$ [2 p: k' y2 Y+ l, r) F8 t
以 Raspberry Pi 這類基于 ARM Cortex-A 系列處理器的 SoC 為例:! d# s: n, W. f7 N3 |
內(nèi)核態(tài)地址空間:在操作系統(tǒng)內(nèi)核中,內(nèi)核會(huì)管理物理內(nèi)存,內(nèi)核代碼通?梢灾苯釉L問物理地址,但通常仍使用虛擬地址進(jìn)行管理。用戶態(tài)地址空間:應(yīng)用程序在用戶態(tài)下運(yùn)行,所有內(nèi)存訪問都是通過虛擬地址進(jìn)行的。操作系統(tǒng)通過 MMU 將這些虛擬地址映射到實(shí)際的物理內(nèi)存。
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C 語言示例如下:
% b9 h; y! p' h8 f, `2 Q% n ?' l7 ~/ y) s8 `
#include #include int main() { int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int)); if (ptr == NULL) { fprintf(stderr, "內(nèi)存分配失敗!4 S8 d- r4 o9 m2 G8 H
"); return 1; } *ptr = 123; printf("虛擬地址: %p, 值: %d
. e; ]$ t0 h. A1 H3 ?0 K2 s* H; P", (void*)ptr, *ptr); free(ptr); return 0;}
) j7 O# }$ Z9 }& t在這個(gè)例子中,malloc 函數(shù)返回的指針 ptr 是一個(gè)虛擬地址。操作系統(tǒng)會(huì)通過 MMU 將其映射到物理內(nèi)存。應(yīng)用程序無需了解這個(gè)過程,操作系統(tǒng)自動(dòng)管理虛擬地址和物理地址之間的映射關(guān)系。
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3 q+ y8 ~% n8 f8 i: SMCU 通常使用物理地址進(jìn)行內(nèi)存訪問,因其設(shè)計(jì)簡單且資源受限,不具備復(fù)雜的內(nèi)存管理單元 (MMU)。SoC,特別是那些運(yùn)行復(fù)雜操作系統(tǒng)的 SoC,如 ARM Cortex-A 系列,通常使用虛擬地址進(jìn)行內(nèi)存管理,依賴 MMU 將虛擬地址映射到物理地址。; `. c7 C8 }: ]3 T% c: H3 i- _8 l q
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理解這兩者的差異對于開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的程序時(shí)至關(guān)重要,因?yàn)閮?nèi)存管理的復(fù)雜性和方式直接影響到程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試方式。
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