Windows分页机制---虚拟内存物理内存映射

Windows CE的有些函数中需要用到物理内存结构体PHYSICAL_ADDRESS， Windows CE在ceddk.h中定义了PHYSICAL_ADDRESS，它其实是LARGE_INTEGER类型，其定义如下：
// in ceddk.h
typedef LARGE_INTEGER PHYSICAL_ADDRESS, *PPHYSICAL_ADDRESS;
// in winnt.h
typedef union _LARGE_INTEGER{
struct{
DWORD LowPart;
LONG HighPart;
};
LONGLONG QuadPart;
} LARGE_INTEGER;
可见，Windows CE中用64个Bit来代表物理地址，对于大多数32位的CPU而言，只需要把它的HighPart设置为0就可以了。
如果要直接访问某一个地址的物理内存，Windows CE提供了VirtualAlloc()和VirtualCopy()函数，VirtualAlloc负责在虚拟内存空间内保留一段虚拟内存，而VirtualCopy负责把一段物理内存和虚拟内存绑定，这样，最终对物理内存的访问还是通过虚拟地址进行。它们的声明如下：
// 申请虚拟内存
LPVOID VirtualAlloc(
LPVOID lpAddress, // 希望的虚拟内存起始地址
DWORD dwSize, // 以字节为单位的大小
DWORD flAllocationType, // 申请类型，分为Reserve和Commit
DWORD flProtect // 访问权限
);
// 把物理内存绑定到虚拟地址空间
BOOL VirtualCopy(
LPVOID lpvDest, // 虚拟内存的目标地址
LPVOID lpvSrc, // 物理内存地址
DWORD cbSize, // 要绑定的大小
DWORD fdwProtect // 访问权限
);
VirtualAlloc对虚拟内存的申请分为两步，保留MEM_RESERVE和提交MEM_COMMIT。其中MEM_RESERVE只是在进程的虚拟地址空间内保留一段，并不分配实际的物理内存，因此保留的虚拟内存并不能被应用程序直接使用。MEM_COMMIT阶段才真正的为虚拟内存分配物理内存。
下面的代码显示了如何使用VirtualAlloc和VirtualCopy来访问物理内存。因为VirtualCopy负责把一段物理内存和虚拟内存绑定，所以VirtualAlloc的时候只需要对内存保留，没有必要提交。
FpDriverGlobals =
(PDRIVER_GLOBALS) VirtualAlloc(
0,
DRIVER_GLOBALS_PHYSICAL_MEMORY_SIZE,
MEM_RESERVE,
PAGE_NOACCESS);
if (FpDriverGlobals == NULL) {
ERRORMSG(DRIVER_ERROR_MSG, (TEXT(" VirtualAlloc failed!\r\n")));
return;
}
else {
if (!VirtualCopy(
(PVOID)FpDriverGlobals,
(PVOID)(DRIVER_GLOBALS_PHYSICAL_MEMORY_START),
DRIVER_GLOBALS_PHYSICAL_MEMORY_SIZE,
(PAGE_READWRITE | PAGE_NOCACHE))) {
ERRORMSG(DRIVER_ERROR_MSG, (TEXT("VirtualCopy failed!\r\n")));
return;
}
}
CEDDK还提供了函数MmMapIoSpace用来把一段物理内存直接映射到虚拟内存。此函数的原形如下：
PVOID MmMapIoSpace(
PHYSICAL_ADDRESS PhysicalAddress, // 起始物理地址
ULONG NumberOfBytes, // 要映射的字节数
BOOLEAN CacheEnable // 是否缓存
);
其实，MmMapIoSpace函数内部也是调用VirtualAlloc和VirtualCopy函数来实现物理地址到虚拟地址的映射的。MmMapIoSpace函数的原代码是公开的，我们可以从%_WINCEROOT%\PUBLIC\COMMON\OAK\DRIVERS\CEDDK\DDK_MAP\ddk_map.c得到。从MmMapIoSpace的实现我们也可以看出VirtualAlloc和VirtualCopy的用法：
PVOID MmMapIoSpace (
IN PHYSICAL_ADDRESS PhysicalAddress,
IN ULONG NumberOfBytes,
IN BOOLEAN CacheEnable
)
{
PVOID pVirtualAddress; ULONGLONG SourcePhys;
ULONG SourceSize; BOOL bSuccess;

SourcePhys = PhysicalAddress.QuadPart & ~(PAGE_SIZE - 1);
SourceSize = NumberOfBytes + (PhysicalAddress.LowPart & (PAGE_SIZE - 1));

pVirtualAddress = VirtualAlloc(0, SourceSize, MEM_RESERVE, PAGE_NOACCESS);
if (pVirtualAddress != NULL)
{
bSuccess = VirtualCopy(
pVirtualAddress, (PVOID)(SourcePhys >> 8), SourceSize,
PAGE_PHYSICAL | PAGE_READWRITE | (CacheEnable ? 0 : PAGE_NOCACHE));

if (bSuccess) {
(ULONG)pVirtualAddress += PhysicalAddress.LowPart & (PAGE_SIZE - 1);
}
else {
VirtualFree(pVirtualAddress, 0, MEM_RELEASE);
pVirtualAddress = NULL;
}
}
return pVirtualAddress;
}
此外，Windows CE还供了AllocPhysMem函数和FreePhysMem函数，用来申请和释放一段连续的物理内存。函数可以保证申请的物理内存是连续的，如果函数成功，会返回虚拟内存的句柄和物理内存的起始地址。这对于DMA设备尤为有用。在这里就不详细介绍了，读者可以参考Windows CE的联机文档。