12.2 内存属性与访问控制

- [12.2.1 内存属性基础概念](#12.2.1 内存属性基础概念)
- [12.2.2 MAIR寄存器配置](#12.2.2 MAIR寄存器配置)
- [12.2.3 页表属性控制](#12.2.3 页表属性控制)
- [12.2.4 安全状态访问控制](#12.2.4 安全状态访问控制)
- [12.2.5 典型内存保护场景](#12.2.5 典型内存保护场景)
- - 案例1：保护安全关键数据
  - 案例2：设备寄存器保护
- [12.2.6 调试与验证方法](#12.2.6 调试与验证方法)
- [12.2.7 常见问题与解决方案](#12.2.7 常见问题与解决方案)

12.2.1 内存属性基础概念

在ARM架构中，内存属性（Memory Attributes）是控制内存访问行为的关键机制，主要包括：

内存类型：
- Normal Memory：可缓存、可预测访问模式
- Device Memory：用于外设寄存器访问（严格顺序）
- Non-cacheable Memory：禁用缓存的内存区域
访问权限：
- 读/写/执行权限控制
- 特权级访问控制（EL0-EL3）
- 安全状态访问控制（Secure/Non-secure）

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// 典型的内存属性定义示例（基于ARMv8）
#define MT_DEVICE_nGnRnE  0x0  // 严格排序设备内存
#define MT_NORMAL_NC      0x1  // 非缓存普通内存
#define MT_NORMAL         0x2  // 可缓存普通内存

12.2.2 MAIR寄存器配置

ARM架构通过MAIR_ELx寄存器定义内存属性：

属性索引：8个可配置的属性条目（Attr0-Attr7）
属性字段 ：
- 设备内存类型（Device-nGnRnE/Device-nGnRE等）
- Normal内存的缓存策略（WB/WA/NT等）

assembly 复制代码

// MAIR寄存器配置示例（AArch64）
mov x0, #0x44                   // Attr1 = Normal Non-cacheable
orr x0, x0, #0xFF << 8          // Attr0 = Normal WB/WA
msr mair_el3, x0

12.2.3 页表属性控制

在MMU页表中，内存属性通过描述符字段控制：

字段	作用
AP[2:1]	访问权限（Privilege/User）
XN	执行权限控制
PXN	特权执行禁止
NS	安全状态位
SH[1:0]	共享属性

典型页表配置流程：

配置MAIR寄存器定义内存类型
在页表描述符中引用属性索引
设置AP/XN等控制位

12.2.4 安全状态访问控制

TrustZone技术引入的安全属性控制：

安全配置：
- SCR_EL3.SIF：控制安全内存的可执行属性
- TCR_ELx.{DS, T0SZ}：影响地址转换的安全检查
访问规则：
- 安全世界可访问所有内存
- 非安全世界只能访问标记为NS的内存

12.2.5 典型内存保护场景

案例1：保护安全关键数据

c 复制代码

// 配置安全-only内存区域
mmap_add_region(0x60000000, 0x60000000, 0x1000,
                MT_RO_DATA | MT_SECURE | MT_RW);

案例2：设备寄存器保护

assembly 复制代码

// 配置设备内存为特权访问-only
dcfg = (0x1 << 10) |  // AP=01 (Privileged RW)
       (0x0 << 3)  |   // AttrIndex=0 (Device-nGnRnE)
       (0x1 << 2);     // Block descriptor

12.2.6 调试与验证方法

寄存器检查：
- 通过MRS指令读取MAIR/TCR寄存器
- 使用GDB检查页表内容

内存访问测试：

bash 复制代码

# 在TF-A中触发故意错误访问测试
make PLAT=fvp DEBUG=1 TEST_MMAP=1

运行时监控：
- 使用PMU监控内存访问事件
- 通过MMU fault handler捕获违规访问

12.2.7 常见问题与解决方案

Q1：设备内存访问导致同步异常

检查MAIR属性索引与页表配置是否匹配
确认设备内存是否配置了正确的访问权限

Q2：安全世界访问非安全内存失败

确认SCR_EL3.NS位状态
检查目标内存的NS位配置

Q3：缓存一致性问题

确保Normal内存区域的缓存策略一致
检查shareability属性配置

注意：ARMv8.6引入的MTE（内存标记扩展）需要特殊的内存属性配置，详见ARM架构参考手册。