1  Unité de virtualisation de la mémoire

Le principe de l’unité de virtualisation de la mémoire est de permettre à un logiciel d’intercepter les accès à la mémoire centrale. Le mécanisme de mémoire virtuelle est un dispositif matériel qui se place en coupure entre le microprocesseur et la mémoire physique. Il donne ainsi au système d’exploitation le moyen

• d’une part de contrôler, éventuellement interdire, les accès à la mémoire physique, et
• d’autre part de remplacer l’adresse demandée par l’application (alors appelée adresse virtuelle) par une autre adresse (l’adresse physique) désignant une zone de la mémoire réelle.

La bibliothèque d’émulation matérielle hardware que nous utilisons est capable d’émuler le fonctionnement d’une MMU, Memory Management Unit. On activera la MMU en le précisant dans un fichier hw_config.ini de configuration du matériel :

MMU_ENABLE      = 1

La MMU activée, les défauts d’accès à la mémoire sont reportés sous forme d’interruptions (comme dans un microprocesseur disposant d’une MMU). Le niveau d’interruption associé à la MMU, et le registre matériel contenant l’adresse qui a généré la faute sont précisés dans le fichier de configuration :

MMU_IRQ         = 13
MMU_FAULT_ADDR  = 0xCD

Le matériel émulé gère dans l’espace d’adressage disponible deux zones de mémoire distinctes.

La première zone commence à l’adresse physical_memory et correspond à la zone de mémoire physique. La seconde zone commence à l’adresse virtual_memory et correspond à l’espace d’adressage virtuel. La table 1 décrit plus précisément ces deux zones de mémoire.

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Tableau 1: Zones de mémoire physique et virtuelle

	Mémoire physique	Mémoire virtuelle
taille des pages	PAGE_SIZE: 4 ko	PAGE_SIZE: 4 ko
nombre de pages	PM_PAGES: 1<<8	VM_PAGES: 1<<12
	PM_PAGES: 256	VM_PAGES: 4096
taille	PM_SIZE: PM_PAGES * PAGE_SIZE	VM_SIZE: VM_PAGES * PAGE_SIZE
	PM_SIZE: 1 Mo	VM_SIZE: 16 Mo
adresse de début	physical_memory	virtual_memory
adresse de fin	physical_memory + PM_SIZE - 1	virtual_memory + VM_SIZE - 1

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Cette configuration est proche de celles des microprocesseurs MIPS et ARM. La mémoire physique et la mémoire virtuelle coexistent dans l’espace d’adressage du microprocesseur. Cependant, le microprocesseur distingue deux modes de fonctionnement.

• En mode maître, le microprocesseur peut accéder à la mémoire physique, mais l’accès à un espace d’adressage virtuel (ou à toute autre zone de mémoire non définie) est interdit, il génère une interruption MMU.
• À l’inverse, en mode utilisateur, le microprocesseur peut accéder à la mémoire virtuelle (plus précisément aux pages de mémoire virtuelle autorisées par la MMU), mais l’accès à la mémoire physique (ou à toute autre zone de mémoire non définie) génère une interruption.

Notons encore que lorsqu’une instruction provoque une interruption MMU, l’instruction n’est pas exécutée par le microprocesseur. Aussi, une fois le traitement de l’interruption terminé, si un simple retour d’interruption est produit, le microprocesseur re-exécute l’instruction fautive.

Nous allons explorer plusieurs utilisations possibles de ce mécanisme de MMU.