[发明专利]处理器中物理内存保护机制的实现方法及装置

说明书

本发明一个或多个实施例提供一种处理器中物理内存保护机制的实现方法及装置，包括：根据取指令或者数据存取的访问指令计算指令或者数据的第一虚拟地址；根据第一虚拟地址查询翻译后备缓冲器，获取查询结果；如果查询结果为未命中翻译后备缓冲器，则通过页表查找部件根据第一虚拟地址进行物理地址翻译及物理内存保护机制检查，获取翻译结果，将翻译结果返回翻译后备缓冲器，重新查询翻译后备缓冲器；如果查询结果为命中翻译后备缓冲器，则获取翻译后的物理地址以及对应的访问权限信息；根据翻译后的物理地址和对应的访问权限信息执行访问指令。本发明能够减少指令执行路径上PMP查询带来的延迟，降低了功耗。

技术领域

本发明属于一种处理器微体系结构技术领域，具体是涉及到一种处理器中物理内存保护机制的实现方法及装置。

背景技术

第五代精简指令集（Reduced Instruction Set Computing-five，RISC-V）是目前使用较广泛的一种精简指令集。RISC-V中为了支持安全的处理，提供了一种限制软件可以访问的物理地址的机制，该机制称为物理内存保护机制（Physical Memory Protection，PMP）。该机制提供了一组可供配置的寄存器，包括16个PMP配置寄存器, pmpcfg0–pmpcfg15和64个PMP地址寄存器pmpaddr0–pmpaddr63。通过这些寄存器的配合，可以最小保护到4字节大小的物理内存区域，每个区域可以对3种访存属性进行配置，分别是X（是否可执行）、R（是否可读）和W（是否可以写）。PMP保护区域的表示方法有三种：TOR、NA4和NAPOT。 TOR通过两个pmpaddr寄存器分别表示受保护地址空间的起始地址和末尾地址，保护区域位于这两个地址之间。NA4表示对应pmpaddr地址开始对齐的4个字节是保护空间。NAPOT表示pmpaddr地址开始按2XLEN+3个字节对齐的区域是保护空间。

RISC-V处理器中指令取指、取数据、存数据以及进行翻译页表遍历（page tablewalk，PTW）都需要查询PMP，确定相关的访问权限。如果每次内存访问都要去查询PMP，那么将会有以下问题：为了能够快速访问，取指令部件、存储部件、PTW部件都需要实现一套PMP查找匹配的逻辑，浪费了处理器面积；64个PMP空间的查询需要额外的访问延迟，功耗太高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种处理器中物理内存保护机制的实现方法及装置，以解决指令执行路径上PMP查询带来的延迟和功耗太高的问题。

基于上述目的，本发明一个或多个实施例提供了一种处理器中物理内存保护机制的实现方法，包括：根据取指令或者数据存取的访问指令计算指令或者数据的第一虚拟地址；根据所述第一虚拟地址查询翻译后备缓冲器，获取查询结果；如果所述查询结果为未命中所述翻译后备缓冲器，则通过页表遍历部件根据所述第一虚拟地址进行物理地址翻译及物理内存保护机制检查，获取翻译结果，将所述翻译结果返回所述翻译后备缓冲器，重新查询所述翻译后备缓冲器；如果所述查询结果为命中所述翻译后备缓冲器，则获取翻译后的物理地址以及对应的访问权限信息；根据翻译后的物理地址和对应的访问权限信息执行所述访问指令。

可选的，所述根据所述第一虚拟地址查询翻译后备缓冲器，获取查询结果，包括：根据所述第一虚拟地址查询所述翻译后备缓冲器的所有页表项；如果查找到所述翻译后备缓冲器中有一个页表项的虚拟地址与所述第一虚拟地址相同，且所述页表项有效，则确定所述查询结果为所述第一虚拟地址命中所述翻译后备缓冲器；否则确定所述查询结果为未命中所述翻译后备缓冲器。

可选的，所述通过页表遍历部件根据所述第一虚拟地址进行物理地址翻译及物理内存保护机制检查，获取翻译结果，包括：将所述第一虚拟地址发送给所述页表遍历部件；通过所述页表遍历部件根据所述第一虚拟地址获取经过虚实地址转换后的第一页面的物理页面地址和第一页面属性；根据所述物理页面地址和所述页面属性获取所述第一虚拟地址经虚实地址转换后的物理地址，并对所述物理地址进行物理内存保护机制匹配检查，获取所述翻译结果。