Sv32 のまとめ（RISC-V 仮想メモリ）

ページテーブルは難しいですよね。
自分なりに Sv32 を整理してAIに整理してもらって結局AIの文章になったものを共有します。

Sv32とは

Sv32 とは、32bit 仮想アドレスを
4KB (= 2^12 byte) ページ単位で区切り、
仮想アドレスと物理アドレスを対応付ける仮想メモリ方式です。

仮想アドレス（VA）は、ページテーブルエントリ（PTE）を介して
最終的に物理アドレス（PA）へ変換されます。

VA
↓
PTE
↓
PA

Sv32 ではページテーブルは 最大2階層 になります。

Sv32 の仮想アドレスは次のように分割されます。

VPN[1] | VPN[0] | offset
 10bit   10bit     12bit

基本のページウォークは以下です。

Sv32 の PTE は 32bit で構成されます。

PPN[1] | PPN[0] | RSW | D | A | G | U | X | W | R | V

R=W=X=0 → non-leaf（次のページテーブル）
それ以外 → leaf（最終ページ）

R/W/X のいずれかが 1 の場合、この PTE は最終ページを指します。

物理アドレスは次のように生成されます。

PA = (PPN << 12) | offset

PPN は PPN[1] と PPN[0] を連結した物理ページ番号です。

R=W=X=0 の場合、この PTE は次のページテーブルを指します。

next_table = pte.PPN << 12
pte2 = MEM[next_table + VPN[0] * 4]

つまり、

として次の PTE を参照します。

途中（level1）で R/W/X のどれかが 1 になる場合もあります。
この場合は 4MB のメガページ として解釈されます。

そのときの物理アドレスは次のようになります。

PA = [ PPN[1] | VPN[0] | offset ]

これにより 4MB の連続領域を1つのPTEでマッピングできます。

Sv32 のページウォークは次の流れになります。

この仕組みによって、仮想アドレスから物理アドレスへの変換が実現されています。