目录
前言
1、SMMU总结
1.1、SMMU的timeline
1.2、SMMU的简介
1.3、为什么要使用SMMU?
- SMMU原理解读
2.1. SMMU的使用模型
2.2. SMMU的硬件原理图
2.3. StreamID
2.4 STE Table 和 STE format
2.4.1 一个 Linear Stream Table的示例
2.4.2 一个 2-level Stream Table 的示例
2.4.3 Multi-level Stream and CD tables
2.4.4 Translation stages and addresses
2.4.5 Configuration and translation lookup sequence
2.4 寄存器的介绍
2.5 Stream Table Entry
2.6 Context Descriptor table- 总结
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本文转自 周贺贺，baron，代码改变世界ctw，Arm精选， 资深安全架构专家，11年手机安全/SOC底层安全开发经验。擅长trustzone/tee安全产品的设计和开发。
前言
最近朋友圈、微信群(ARM-Trustzone-TEE-AT)掀起一阵学习SMMU的热潮，作为一名安全领域的渣渣 ，势必要蹭一蹭这个“热点”，也学习一下吧，反正早晚都要学，因为它和安全的关系还是比较大的。学习是一件长期的过程，本文就先简单理一下概念吧。
1、SMMU总结
1.1、SMMU的timeline
1.2、SMMU的简介
SMMU的全称是System Memory Management Units， 它属于Arm的System IP， 主要给其他Master来使用，其连页表格式和Core MMU是一样的，理论上可以让Core的MMU和SMMU使用同一套页表.
那么SMMU都是用在哪些地方呢？*以下展示了一个usecase，来自arm官方博客（February 17, 2014），也是比较早期的一个Sample case
1.3、为什么要使用SMMU?
- 访问非连续的地址
现在系统中很少再预留连续的memory，如果Master需要很多memory，可以通过SMMU把一些非连续的PA映射到连续的VA，例如给DMA，VPU，DPU使用。
- 32位转换成64位
现在很多系统是64位的，但是有些Master还是32位的，只能访问低4GB空间，如果访问更大的地址空间需要软硬件参与交换memory，实现起来比较复杂，也可以通过SMMU来解决，Master发出来的32位的地址，通过SMMU转换成64位，就很容易访问高地址空间。
- 限制Master的访问空间
Master理论上可以访问所有的地址空间，可以通过SMMU来对Master的访问进行过滤，只让Master访问受限的区域，那这个区域也可以通过CPU对SMMU建立页表时动态控制。
- 用户态驱动
现在我们也看到很多系统把设备驱动做在用户态，调用驱动时不需要在切换到内核态，但是存在一些安全隐患，就是用户态直接控制驱动，有可能访问到内核空间，这种情况下也可以用SMMU来实现限制设备的访问空间
- 设备虚拟化
例如设备虚拟化有多种方式，Emulate，Para-virtualized，以及Pass-through，用SMMU可以实现Pass though，这样无论是性能，还是软件的改动都是比较小的。
一些不支持TrustZone的Master，可以利用SMMU支持Trustzone
- SMMU原理解读
2.1. SMMU的使用模型
SMMU全称System Memory Management Unit，其实SMMU和MMU具有同样的作用，区别是供给Master使用，同样提供页表转换工作，Master可通过页表转换访问物理地址，达到Master一样使用虚拟地址
官方给出的示例图如下所示：
示例图2：
2.2. SMMU的硬件原理图
学过MMU的人都知道，MMU是由 TLB + Address Translation, 那么对于SMMU呢？
它是由TBU + TCU组成，其中TBU中含有TLB， TCU缓存地址翻译。
DTI则是SMMU内部的连接总线的协议。
而一个SMMU中可以放置多个ACE-Lite TBU模块，也可以放置LTI TBU
TBU原理图
LTI TBU的原理图
TCU的原理图
2.3. StreamID
2.4 STE Table 和 STE format
STE Table 分为Linear Stream Table和mutil-level Stream Table，这是由于STRTAB_BASE_CFG中的比特位配置
2.4.1 一个 Linear Stream Table的示例
这种查询方式很简单，根据streamID的数值，直接查询到对应的STE（streamID entry）
2.4.2 一个 2-level Stream Table 的示例
2.4.3 Multi-level Stream and CD tables
而事实上，一个STE，又可以对应多个Context Descriptor
这里小小总结一下： 这里的一个Context Descriptor 就相当于 MMU系统中的 TTBRx + TCR寄存器。
这里Stage 1 Transslation tables的格式和MMU页表的格式一致。
2.4.4 Translation stages and addresses
地址翻译也是份stage1和stage2的，这和MMU也是一致的。
2.4.5 Configuration and translation lookup sequence
SMMU地址翻译的原理或数据里如下图所示，这是在学习MMU的时候未曾见过的那么细致的图。
2.4 寄存器的介绍
SMMU寄存器都是memory-map的
SMMU里有两套寄存器，一套是给安全master用的，一套是给非安全master用的。
其实就相当于有两个SMMU了。如下我也列举了几个特别的寄存器，带S的是给安全用的，不带S的是给非安全用的。所以，硬件仅仅有一块SMMU，但从软件的视角来看，有两块SMMU
- SMMU_STRTAB_BASE
- SMMU_S_STRTAB_BASE
- SMMU_STRTAB_BASE_CFG
- SMMU_S_STRTAB_BASE_CFG
2.5 Stream Table Entry
2.6 Context Descriptor table
可以看出，这里的Context Descriptor 就有点类似于MMU里的 TTBRx + TCR寄存器的味道
- 总结
（1）MMU 只能给 一个core用。而SMMU想给多个master用，多个master又对应不同的表。所以就搞了个STE。每一个STE entry里，都可以指向多个context descriptor （我觉得一般也就只用一个吧），然后每一个context descriptor 就相当于 MMU的TTBRx + TCR寄存器。 context Descriptor之后，就和普通的MMU一样
（2）SMMU里有两套寄存器，一套是给安全master用的，一套是给非安全master用的。从软件视角来看，其实就相当于有两个SMMU了。但这不是banked，他们的寄存器名字不一样，一类带了S，一类不带S。而且寄存器memory-map的地址还不一样。
（3）SMMU又有Secure STE 和 Non-secure STE的概念， Secure STE 后面的页表/地址转换，可以转secure memory，也可以转non-secure memory。Non-Secure STE 后面的页表/地址转换，只可以转non-secure memory。 这和MMU里的Descriptor里的NS比特也是一样的。
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