J6 SMMU简介与应用

前言

相比J5芯片，J6引入了SMMU单元模块，用来地址转译；

概述

System Memory Management Unit（SMMU）系统内存管理单元，是I/O device与总线之间的地址转换桥。部分I/O device存在地址线位宽的限制，只能访问低地址内存。为了使I/O device能够访问高地址内存，需要有一个地址转换元件，将低地址转换成高地址。此外，在虚拟化环境下，VM中持有地址为IPA（Intermediate Physical Address，中间物理地址），I/O device无法直接使用IPA获取正确的数据，而是需要将其转换为实际的PA（Physical Address，物理地址）。SMMU能够帮助存在地址线限制的I/O device访问高地址内存；在虚拟化情况下，将I/O device的IPA转换成实际的PA，使其正确访问内存中的数据；同时，SMMU能够实现不同I/O device之间的地址隔离。

SMMU与MMU功能类似，通过提前创建页表，建立IOVA（I/O Virtual Address，I/O虚拟地址）与PA，或IPA与PA之间的映射关系，以实现地址转换。I/O device利用IOVA替代PA进行内存访问，SMMU将IOVA转换成PA，实现高地址内存访问。虚拟化情况下，I/O device利用IPA进行内存访问，SMMU将IPA转换成PA（如果同时建立IOVA与IPA和IPA与PA之间的映射关系，SMMU将I/O device的IOVA经过两个阶段的翻译，获取最终的PA），实现正确内存的访问。此外，SMMU为每个I/O device分配SID，为其单独建立页表，实现不同I/O device之间隔离操作，防止出现地址踩踏。

SMMU基本概念

SMMU功能与MMU功能类似，将IO设备的DMA地址请求(IOVA)转化为系统总线地址(PA)，实现地址映射（可以将不连续的物理地址映射到连续的IOVA）、属性转换、权限检查（读写等）等功能，实现不同设备的DMA地址空间隔离。映射的最小粒度为4K。

SMMU硬件位置

SMMU（system mmu)，是I/O device与总线之间的地址转换桥，它在系统的位置如下图：IO device访问数据不一定借助DMA。

SMMU的作用

SMMU有两个主要的作用，一个是通过地址映射，使得离散的物理地址映射成连续的虚拟地址，这样设备就可利用DMA直接进行访问，此时配置到DMA控制器的地址变为IOVA，所以对于DMA控制器来说，地址也是连续的；另一个作用是虚拟化，SMMU实现DMA的地址隔离与转换，将guest OS使用的IPA地址映射到PA，实现连续内存的分配。

SMMU的翻译类型

SMMU支持两个stage的翻译：stage1（IOVASMMU支持两个stage的翻译：stage1（IOVA-->IPA）和stage2（IPAIPA）和stage2（IPA-->PA），其中stage2地址翻译主要负责虚拟化。

SMMU支持只配置stage1、只配置stage2、都配置和都不配置。

• 都不配置情况下：IOVA=PA；

• 都配置情况下：IOVA都配置情况下：IOVA-->IPAIPA-->PA；

• 只配置stage1情况下：IOVA只配置stage1情况下：IOVA-->IPA=PA；

• 只配置stage2情况下：IOVA=IPA只配置stage2情况下：IOVA=IPA-->PA；

SMMU的使用

在VIO场景上，所有图像加速IP都接入了SMMU硬件单元，软件在使用buffer address之前，都会先行映射，然后再设置给IP；同一块buffer address在两个IP上的smmu映射，映射的地址基本上是不相同的；另外在一些IP读写越界上，SMMU起到了很好的保护作用；总体而已，J6加入SMMU，提升了系统的稳定性；