ESP-IDF 项目中关于 bootloader mmap_mmu_size 的技术解析

内存映射机制概述

在 ESP-IDF 项目中，bootloader 的内存映射机制是一个关键的设计环节。系统通过 MMU（内存管理单元）实现了外部 Flash 到内部地址空间的映射，这一机制对于系统启动和运行至关重要。

地址空间布局

ESP32 系列芯片的地址空间布局具有以下特点：

1. 外部 Flash 的物理起始地址为 0x3f400000
2. bootloader 的偏移量为 0x1000
3. 系统使用虚拟地址空间来访问 Flash 内容

MMU 分页机制

系统将可用的 MMU 空间划分为 50 个页面，每个页面大小为 64KB。这种分页机制的设计考虑如下：

1. 前 49 个页面（0-48）用于静态代码和数据的映射
2. 最后一个页面（第 49 页）作为临时映射区域
3. 每个 MMU 页面可以独立映射到 Flash 的不同物理区域

bootloader 的工作流程

bootloader 的工作流程可以分为以下几个阶段：

1. 第一阶段 bootloader：

   • 从固定地址 0x1000 加载第二阶段 bootloader
   • 将内容复制到指定的 RAM 区域
   • 不涉及 MMU 映射

2. 第二阶段 bootloader：

   • 使用第 50 个 MMU 页面进行临时映射
   • 执行必要的计算和数据复制操作
   • 完成后解除该页面的映射以便重用

3. 应用程序映射阶段：

   • 设置应用程序的 MMU 映射
   • 使用前 49 个页面进行固定映射
   • 这些映射在应用程序运行期间保持不变

虚拟地址与物理地址的关系

系统通过 cache_flash_mmu_set 函数实现虚拟地址到物理地址的映射：

1. 虚拟地址位于 CPU 地址空间
2. 可以是 IRam0、IRam1、IRom0 或 DRom0 内存区域
3. 物理地址对应于 Flash 存储器的实际位置
4. 两者都必须按照页面大小对齐

技术实现细节

在实际实现中，系统定义了以下关键宏：

1. MMU_BLOCK0_VADDR：定义第一个 MMU 块的虚拟地址
2. MMAP_MMU_SIZE：定义映射区域的总大小（0x320000）
3. MMU_BLOCK50_VADDR：定义第 50 个 MMU 块的虚拟地址
4. FLASH_READ_VADDR：用于 Flash 读取操作的虚拟地址

这种设计确保了系统能够高效地访问 Flash 内容，同时保持内存管理的灵活性和安全性。通过合理利用 MMU 分页机制，ESP-IDF 实现了对有限地址空间的最大化利用。