trace linux kernel source - ARM - 03

gogojesse

到目前為止，我們已經進展到kernel幫自己relocate完，並解將自己解壓縮到一個地方要準備開始執行，那疑問來了？到底是跳到哪裡去了，因為./compressed/head.S最後一行居然是
% [- C3 M* ^3 X% @* P『mov pc, r4』
$ ^- {- S6 I) |$ q' jr4只代表了解壓縮完後kernel的位址，那究竟整包kernel編譯的時候，哪個function哪個東西被放在最前面咧？！

( d5 k' o; _2 C/ g- R% x# z所以我們又必須開始找於kernel link的時候是怎麼被安排的，有了前面的基礎，我們可以從Makefile知道程式碼如何被編譯。至於link上的細節，例如有那些section和section先後順序等等，可以從 lds 檔來規範。
7 F4 Y- E+ g! H( s- K
8 z) q3 q  M0 w+ W  p: k) K有興趣的人可以看一下 kernel source 根目錄裡頭的 Makefile，Makefile file裡面指定了使用vmlinux.lds來當做lds檔。

1. 659 vmlinux-lds  := arch/$(SRCARCH)/kernel/vmlinux.lds

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打開./arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S (會用來產生vmlinux.lds)
+ J. O& `2 l2 D7 m" m7 a% Q我們可以發現第一個section是『.text.head』，裡頭的_stext從目前的位置開始放。
  E0 K- J5 @/ L! N. d5 U/ H4 U於是我們曉得只要找到屬於.text.head這個section，並且是_stext這個symbol的程式碼，就是解壓縮完後的第一行程式碼。

1.      26     .text.head : {
   # r' L/ u- S" K5 x
2.      27         _stext = .;
   # _. j! H8 ?5 S9 i8 n  V" A* ~
3.      28         _sinittext = .;
   
4.      29         *(.text.head)
   
5.      30     }

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用指令搜尋一下，發現 ./arch/arm/kernel/head.S 裡頭有關鍵字（如下），結果我們從./arch/arm/boot/compressed/head.S跳到了./arch/arm/kernel/head.S 。

1.      77     .section ".text.head", "ax"
   ( W/ h3 H( H, {% v7 z( m6 e
2.      78     .type   stext, %function
   
3.      79 ENTRY(stext)
   - O' }; n3 Y2 O8 k+ G
4.      80     msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
   9 h0 E$ O" ^$ g2 N
5.      81                         @ and irqs disabled
   / c2 F0 `; q: q( _( P) h* `; n
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   2 K/ \5 E( C. z8 m
7.      83     bl  __lookup_processor_type     @ r5=procinfo r9=cpuid
   
8.      84     movs    r10, r5             @ invalid processor (r5=0)?
     j" ^) t& R' F% i% g" O
9.      85     beq __error_p           @ yes, error 'p'
   # X- b4 v, D6 q. o4 d" H
10.      86     bl  __lookup_machine_type       @ r5=machinfo
    
11.      87     movs    r8, r5              @ invalid machine (r5=0)?
    
12.      88     beq __error_a           @ yes, error 'a'
    / X! ^- d% ~3 x2 C8 J6 S
13.      89     bl  __vet_atags
    
14.      90     bl  __create_page_tables

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既然找到了檔案，我們又可以開始繼續。
9 D, ~2 Y/ n8 _. N% E/ R' V( j
" j: y2 @/ }" m1 e1 K& E2 {+ q6 `看了一下，程式碼多了很多bl的跳躍動作，看來會在各個function跳來跳去。

gogojesse

既然跳到真正的kernel開始跑，表示進入重頭戲，在進入kernel之前arm的平台有一些預設的狀況，也就是說arm kernel image會預設目前的cpu和系統的狀況是在某個狀態，這樣對一個剛要跑起來的OS比較決定目前要怎麼boot起來。
! r, z8 `0 p/ o% V' x
可以看一下comment，有清楚的描述。這也幫助我們了解為什麼decompresser的程式跑完之後，還要把cache關掉。

1.      59 /*
   
2.      60  * Kernel startup entry point.
   8 z! k. O- {% S9 ?- V" y0 f
3.      61  * ---------------------------
   & B& ?6 O3 W7 N, k0 l0 V" ?# ^
4.      62  *
   
5.      63  * This is normally called from the decompressor code.  The requirements
   ' |& z; R2 v  E+ c
6.      64  * are: MMU = off, D-cache = off, I-cache = dont care, r0 = 0,
   0 ]6 i8 ]0 Y9 }) b
7.      65  * r1 = machine nr, r2 = atags pointer.

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基於以上的假設，當program counter指到kernel的程式的時候，就會從line 80開始跑。
line 80, msr指令會把, operand的值搬到cpsr_c裡面。這是用來確保arm cpu目前是跑在svc mode, irq&fiq都disable。（設成0x1就會disable，definition在./include/asm-arm/ptrace.h)
0 p  n. {2 a2 a8 T3 lline 82, 讀取CPU ID到r9
line 83, 跳到 __lookup_processor_type 執行（bl會記住返回位址）。

1.      77     .section ".text.head", "ax"
   . W1 q! e6 G8 w- s* k& {7 o% `% L
2.      78     .type   stext, %function
   
3.      79 ENTRY(stext)
   1 i0 n* C  L0 g% ~  {- \. t4 q
4.      80     msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
   " ?$ q! m5 E4 b8 q$ g  b
5.      81                         @ and irqs disabled
   0 A4 P3 _4 @8 X8 F: i- w3 D
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   : k6 }2 h& O  }
7.      83     bl  __lookup_processor_type     @ r5=procinfo r9=cpuid

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接著會跳到head-common.S這個檔，
7 T: o+ Y: k7 N% pline 158, (3f表示forware往前找叫做『3』label)將label 3的address放到r3。
line 159, 將r3指到的位址的資料，依序放到r7, r6, r5.(ldmda的da是要每次都位址減一次）
line l60, 161, 利用真實得到位址r3減去取得資料的位址得到一個offset值，這樣可計算出r5, r6真正應該要指到的地方。
line 163~169,這邊的程式應該不陌生，就是在各個CPU info裡面找尋對應的structure。找到的話就跳到line 171，返回head.S
0 K0 D5 z9 f# @. v2 r& bline 170, 找不到的話，r5的processor id就放0x0.表示unknown id。

' ]6 o" W- p* W2 I6 C& R/ p__proc_info_xxx可以在 vmlinux.lds.S 找到，是用來包住CPU info的所有data.資料則是被定義在./arch/arm/mm/proc-xxx.S，例如arm926就有 proc-arm926.S，裡面有相對應的data宣告，compiling time的時候，這些資料會被編譯到這個區段當中。

1.     156     .type   __lookup_processor_type, %function
   , u, d4 T* `$ N/ Y: L- v: W
2.     157 __lookup_processor_type:
   . h) D8 X, A& ]' m" i
3.     158     adr r3, 3f
   
4.     159     ldmda   r3, {r5 - r7}
   ( J& `( |! X6 c7 C. T! _& h' c; {
5.     160     sub r3, r3, r7          @ get offset between virt&phys
   3 N8 n% C: t/ }. K# t) ^# a
6.     161     add r5, r5, r3          @ convert virt addresses to
   # A1 ]' U: h) O2 Z* B* h
7.     162     add r6, r6, r3          @ physical address space
   5 x. t) F' b8 S" V; R
8.     163 1:  ldmia   r5, {r3, r4}            @ value, mask
   
9.     164     and r4, r4, r9          @ mask wanted bits
   
10.     165     teq r3, r4
    
11.     166     beq 2f
    
12.     167     add r5, r5, #PROC_INFO_SZ       @ sizeof(proc_info_list)
    
13.     168     cmp r5, r6
    
14.     169     blo 1b
    $ {8 S0 e! z3 E5 _
15.     170     mov r5, #0              @ unknown processor
    9 D2 F! i$ M+ S! N
16.     171 2:  mov pc, lr
    % L" t( A+ w$ W4 H
17. 
    0 C2 X' x" H% d% N4 u
18.     187     .long   __proc_info_begin
    # H3 L3 V$ q  [; }
19.     188     .long   __proc_info_end
    
20.     189 3:  .long   .
    1 N* l2 K* E* y% ^; {- S
21.     190     .long   __arch_info_begin
    
22.     191     .long   __arch_info_end

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跳了很多檔案，建議指令和object code如何link的概念要有，就會很清楚了。

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我們從 head-common.S返回之後，接著繼續看。
9 [' d4 D. A5 H5 }! D  ?# G' X+ w
8 G4 \# |) p2 ]$ iline 84, movs的意思是說，做mov的動作，並且將指令的S bit設起來，最後的結果也會update CPSR。這個指令執行的過程當中，會根據你要搬動的值去把N and Z flag設好。這個是有助於下個指令做check的動作。
line 85, 就是r5 = 0的話，就跳到__error_p去執行。
! |/ n' C1 P4 G( o/ Vline 86, 跳到__lookup_machine_type。原理跟剛剛找proc的資料一樣。

1.      83         bl      __lookup_processor_type         @ r5=procinfo r9=cpuid
   
2.      84         movs    r10, r5                         @ invalid processor (r5=0)?
   4 Q. Y- ?# }# C
3.      85         beq     __error_p                       @ yes, error 'p'
   
4.      86         bl      __lookup_machine_type           @ r5=machinfo

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看得出來跟proc很像，有個兩個小地方是
& m1 m6 u' @$ R) A8 B' r+ d5 Q
6 m- ~2 ?  u1 I. o9 u! f1. line 207,用ldmia不是用ldmda。原因就在於存放arch 和 proc info 的位址剛好相反。一個在lable3的上面。一個在的下方。設計上應該是可以做修改的。
$ K! F' F  f# ^4 [; N/ j( v1 `1 W
3 D' o, H  b1 H; A: K! L* ^/ c# d2. arch定義的方式是透過macro，可以先看 ./include/asm-arm/mach/arch.h。裡頭有個 MACHINE_START ，這邊會設好macro，到時候直接使用就可以把arch的info宣告好。 例如 ./arch/arm/mach-omap1/board-generic.c

1. /* macro */
   
2.      50 #define MACHINE_START(_type,_name)                      \
   8 j, c; `5 N* `4 c6 U7 L1 K: _
3.      51 static const struct machine_desc __mach_desc_##_type    \
   : b! b' U" X3 D0 {1 ?
4.      52  __used                                                 \
   
5.      53  __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {    \
   
6.      54         .nr             = MACH_TYPE_##_type,            \
   . E1 g" W* w5 w: X/ t
7.      55         .name           = _name,
   " I, _, c* Q  P$ K2 w$ T, X/ X
8.      56
   : A/ m* q2 n( T0 G; E, F; U: ?
9.      57 #define MACHINE_END                             \
     p9 N/ l- r# ?; U  W
10.      58 };
    
11.      /* 用法 */
    
12.      93 MACHINE_START(OMAP_GENERIC, "Generic OMAP1510/1610/1710")
    
13.      94         /* Maintainer: Tony Lindgren <tony@atomide.com> */
    4 e1 G5 q( d7 d9 o5 m
14.      95         .phys_io        = 0xfff00000,
    * r, m+ k1 w" z
15.      96         .io_pg_offst    = ((0xfef00000) >> 18) & 0xfffc,
    9 l, e2 e6 Q) h' I1 B* V
16.      97         .boot_params    = 0x10000100,
    . J( S( ~1 f' n8 b  i' B, z
17.      98         .map_io         = omap_generic_map_io,
    1 z# h- `5 K* u9 c( l6 [, j
18.      99         .init_irq       = omap_generic_init_irq,
    
19.     100         .init_machine   = omap_generic_init,
    
20.     101         .timer          = &omap_timer,
    
21.     102 MACHINE_END
    0 j9 Q2 @2 ?$ }; i; w
22. 
    
23.     /* func */
    
24.     204         .type   __lookup_machine_type, %function
    
25.     205 __lookup_machine_type:
    , [* C2 @$ W6 Q/ ?, @! ~4 e) ]
26.     206         adr     r3, 3b
    
27.     207         ldmia   r3, {r4, r5, r6}
    
28.     208         sub     r3, r3, r4                      @ get offset between virt&phys
    
29.     209         add     r5, r5, r3                      @ convert virt addresses to
    
30.     210         add     r6, r6, r3                      @ physical address space
    6 B8 ~: L* I# i! F
31.     211 1:      ldr     r3, [r5, #MACHINFO_TYPE]        @ get machine type
    
32.     212         teq     r3, r1                          @ matches loader number?
    # j4 B3 o5 M4 ]9 W3 Z$ ~9 S4 B
33.     213         beq     2f                              @ found
    
34.     214         add     r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC    @ next machine_desc
    ; I+ N/ O  l) i' |
35.     215         cmp     r5, r6
    
36.     216         blo     1b
    9 j+ R9 g$ k, n4 `; m; P( h  R
37.     217         mov     r5, #0                          @ unknown machine
    
38.     218 2:      mov     pc, lr

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gogojesse

接著我們又返回到head.S，
7 y' I  `* X+ N) p7 K8 N: yline 87~88也是做check動作。
line 89跳到vet_atags。在head-common.S

1.      87         movs    r8, r5                          @ invalid machine (r5=0)?
   
2.      88         beq     __error_a                       @ yes, error 'a'
   & ~) \* J* q. O+ Y* b
3.      89         bl      __vet_atags
   - }0 _, L# ]. q0 V4 X0 D0 m
4.      90         bl      __create_page_tables

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line 245, tst會去做and動作。並且update flags。這邊的用意是判斷位址是不是aligned。
line 246, 沒有aligned跳到label 1，就返回了。
- K6 p6 f* g. Xline 248~250, 讀取atags所在的address裡頭的值到r5，看看是否不等於ATAG_CORE_SIZE，不等於的話也是返回。
* K/ e( t! B, H: }, gline 251~254, 判斷一下第一個達到的atag pointer是不是等於ATAG_CORE。如果正確的話，等一下要讀取atag的資料，才會正確。
（atag是由bootloader帶給linux kernel的東西，用來告知booting所需要知道的參數。例如螢幕寬度，記憶體大小等等）

1.      14 #define ATAG_CORE 0x54410001
   
2.      15 #define ATAG_CORE_SIZE ((2*4 + 3*4) >> 2)
   1 Z) k! h! h0 c$ _- B$ S. Q% W
3. 
   0 E1 v4 f" T' [+ B$ z$ [
4.     243         .type   __vet_atags, %function
   
5.     244 __vet_atags:
   
6.     245         tst     r2, #0x3                        @ aligned?
   , _& h2 n2 g, ~9 u" M. Q
7.     246         bne     1f
   
8.     247
   ; A9 @0 X; L7 |" ^6 e
9.     248         ldr     r5, [r2, #0]                    @ is first tag ATAG_CORE?
   
10.     249         subs    r5, r5, #ATAG_CORE_SIZE
    
11.     250         bne     1f
    
12.     251         ldr     r5, [r2, #4]
    0 f5 H# c" m8 G6 e
13.     252         ldr     r6, =ATAG_CORE
    
14.     253         cmp     r5, r6
    4 H" D# G4 o+ f2 ?9 T5 W
15.     254         bne     1f
    
16.     255
    
17.     256         mov     pc, lr                          @ atag pointer is ok
    & M1 _- U( K8 [1 n+ J
18.     257
    0 G, \4 T% o! K( U' Y) U, G
19.     258 1:      mov     r2, #0
    
20.     259         mov     pc, lr

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接著我們又跳回去head.S。  
4 j% S7 c$ }2 n8 {( a- d1 ^line 90，又跳到 __create_page_tables。   (很累人....應該會死不少腦細胞）
哇！page table?!!如雷貫耳的東西，不知道會怎麼做。剛剛偷看了一下，＠＠還蠻長了，先到這邊好了，下次在繼續寫。

gogojesse

由於code看起來似乎越來越難解釋，會需要在檔案之間跳來跳去。建議一些基礎的東西可以再多複習幾次（其實是在說我自己 ），閱讀source code上收穫會比較多。例如：

' ?' K1 Z; Y, C1. arm instruction set - 這個最好每個指令的意思都大略看過一次，行有餘力多看幾個版本，armv4, v5 or v6。
2. compiler & assembler & linker - toolchain工具做的事情和功能，大致的流程和功能要有概念。
3. Makefile & link script - 這兩個功能和撰寫的方式要有簡單的概念。
" T2 r. Q9 ?+ T7 K2 W
以上1是非常重要的重點，2&3只要有大致上的概念就可以，因為trace code的時候，有時需要跳到Makeflie&Link script去看最後object code編排的位址。
0 F2 ~8 P: q; A1 k6 B  B0 n
由於我們trace到了page table這個關鍵字，在開始之前，稍微簡短的解釋，為了幫助了解，儘量用易懂的概念講，有些用詞可能會和一些真實狀況不同，但是懂了之後，應該會有能力分辨，至於正式而學術上解說，很多書上應該都有，或是google一下就很多啦∼

gogojesse

page table本身是很抽象的東西，尤其是對所謂的 user-mode application programmer 來說，大部分的狀況它是不需要被考慮到的部份，但是他的產生卻對os和driver帶來了很多影響。我們從一個小小的疑問出發。

『產生page table到底是要給誰用的？』
9 W% h6 D2 K0 S1 ]8 i; H1 ?. `7 ~
, H: q* I' f5 i6 k; N. `# m" b其實真正作用在它上面的H/W是MMU，一旦CPU啟用了MMU，當cpu嘗試去記憶體讀取一個operand的時候，cpu內部打出去的位址訊號都會先送到mmu，mmu會拿著這個位址去對照page table，看看這個位址是不是被轉換到另外一個位置（還會確認讀寫權力），最後才會到真正的位址去讀寫。
& @: a" R- q3 x! {6 @
這樣來看CPU其實一開始打出去的位址訊號其實不是最後可以拿到資料的位址，我們稱為virtual address(va)，mmu打出來的位址才能真正拿到資料，所以我們把mmu打出去的位址稱為physical address(pa)。那用來查詢這個位址對照關係的表格，就是page table。
, c5 o6 v: E2 D' k: a0 m
0 r  z" ~4 m' d5 o到這邊我們有一個簡單的概念。來想像一個小問題，一個普通的周邊（例如你的顯示卡），因為他並不具有MMU功能，hw只看得懂pa，但是CPU卻是作用在va，假如我想去對hw的控制暫存器做讀寫，到底要用va還是pa?

gogojesse

這時，寫driver的人就必須要小心，設定給硬體看的位址必須要先轉成pa（像是設定DMA)，給CPU執行的程式碼要使用va，這對一開始嘗試寫driver但是又不瞭解va pa之間的差別的人，常常產生很多疑問。

現在我們回頭想想OS，既然我們跑到create page table，可以預期的是他想要將MMU打開，因此希望預先建立起一個page table，讓MMU知道目前os想規劃的位址對應和讀取權力是如何被安排的。所以os必須考慮到現在的系統究竟是長怎樣？應該要如何被安排？是不是有那些要被保護？好吧∼因為我們完全對os不了解，也不知道該安排什麼，只能祈禱在trace code完後，可以找到這些問題的答案，或者發現一些沒想到的問題。

* H5 e+ S0 _9 S/ h, L知道了page table的大致上的功能，下篇就可以專心的研究這個table的長相，和它想規劃出的系統模樣。

5 A/ i+ ?' v) \4 {p.s. 字數限制好像變短了。   （看來很難寫）

gogojesse

由於字數限制挑整，用詞儘量精簡，以便可以貼必要source。另外，以後寫到一段落，考慮收集成一篇完整的文章，這樣應就不會因為用回覆的方式，造成閱讀斷斷續續的問題。希望有人對文章呈現方式有想法的話，可以跟我講。

gogojesse

現在，讓我們跳入create_page_tables吧∼
line 216，會跳到pgtbl的macro去執行，其實只是載入一個位址。
5 \" L, s# h1 f, {4 [. j) g' L
只是這個位址因為你硬體規劃dram位置不同，所以必須可以變動。一般會定義在./include/asm-arm/arch-你的平台/memory.h，我們看得出來dram開始的地方是從0x8000 offset（text_offset)開始算，猜測可能一開始有保留空間給kernel使用。實際算page table的時候有減去0x4000，表示是從DRAM+0x8000-0x4000開始放pg table.

1. /* arch/arm/Makefile */
   " n& Y, o; J; B; e' {
2.      95 textofs-y       := 0x00008000
   . X: o- I6 r- ~& z
3.     152 TEXT_OFFSET := $(textofs-y)

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1. /* include/asm-arm/arch-omap/memory.h */
   
2.      40 #define PHYS_OFFSET             UL(0x10000000)
   
3. 
   ' R0 s- W! G* H
4.      /* arch/arm/kernel/head.S */
   
5.      29 #define KERNEL_RAM_VADDR        (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   
6.      30 #define KERNEL_RAM_PADDR        (PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   4 Z0 A0 {5 F* Z+ D4 D
7. 
   " ?3 N/ ~! L3 n9 V
8.      47         .macro  pgtbl, rd
   9 B4 I7 f. C7 p+ Y" r
9.      48         ldr     \rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000)
   
10.      49         .endm
    1 }4 Q3 C/ u  U- D( A# ]
11. 
    
12.     216         pgtbl   r4                              @ page table address

複製代碼

gogojesse

得到pg table的開始位置之後，當然就是初始化囉。
line 221, 將pg table的base addr放到r0.
7 S% f. i. D1 p/ ~; C& Q$ {line 223, 將pg table的end addr放到r6.
line 224~228, 反覆地將0x0寫到pg table的區段裡頭，每個loop寫16bytes. (4x4)，直到碰到end，結果就是把它全部clear成0x0.

1.     221         mov     r0, r4
   3 b, @8 V3 o$ o
2.     222         mov     r3, #0
   
3.     223         add     r6, r0, #0x4000
   & k8 c+ N$ `% V5 y
4.     224 1:      str     r3, [r0], #4
   3 \% q# o6 V2 ^3 [, {3 k* k
5.     225         str     r3, [r0], #4
   9 p; f# H  X0 B4 {8 ?
6.     226         str     r3, [r0], #4
   % v* K0 t  k! C4 t6 a
7.     227         str     r3, [r0], #4
   6 E; R* q  m4 X, f/ D
8.     228         teq     r0, r6
   4 B2 B# v* S8 e& y
9.     229         bne     1b

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line 231, 將位址等於 r10+PROCINFO_MM_MMUFLAGS 裡頭的值放到r7。r10是proc_info的位址。proc的info data structure被定義在『./include/asm-arm/procinfo.h』，offset取得的方式用compiler的功能，以便以後新增structure的欄位的時候不需要更動程式碼。這邊的動作合起來就是讀預設要設給mmu flags的值。

1.    231         ldr     r7, [r10, #PROCINFO_MM_MMUFLAGS] @ mm_mmuflags

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gogojesse

問題怎麼填值？？
. J% F1 \- [% p" p* x拿出ARM的手冊，翻到MMU章節。一看發現page有很多種，還得分first level和second level。
$ @3 S- \! y7 G8 w% d7 [/ f6 P
; ~3 O: \0 Y' x: W  ~念書時的印象，是從1st level在去查2nd level，先看怎麼設定1st level （不知以前老師有沒有亂教）
; o) j# P0 h  F! G* ^9 c# T* `# ]% w1. [31:20]存著section base addr
4 p  ~- Q( C' N2. [19:2]存著mmu flags
3. [1:0]用來辨別這是存放哪種page, 有四種:
   a. fault (00) b. coarse page (01) c. section (1st level) (10) d. fine page (11)
1 n$ W" P9 {* _  t: z- B! K0 @4. pg tabel資料要存放到 [31:14] = translation base, [13:2] = table index , [1:0] = 0b00 的位址

來看code是怎麼設定。

line 239, 將pc的值往右shift 20次放到r6.這是取得前20高位元的資料，有點像是 1.。
( I; C. t# y" g. H! d* K9 T' {line 240, 將r6往左shift 20次之後，和r7做or的動作，剛好也是 2.提到的mmu flags和1.處理好的資料做整理。
所以前面兩個做完，就完成了bit[31:2]。
line 241， 將r3的資料寫到r4+(r6<<0x2)的地方去，剛好是4.提到的位址。（lucky）

1.     239         mov     r6, pc, lsr #20
   
2.     240         orr     r3, r7, r6, lsl #20
   
3.     241         str     r3, [r4, r6, lsl #2]

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p.s. 用pc值剛好可以算出當前的page。

gogojesse

最近又被釘上了，開始忙碌，大概沒太多時間貼文∼
- G9 i3 K+ o# Z& A5 t
2 E3 A8 i" [" r# e, T上篇已經將pc所屬的page table entry(pte)設定好，接著繼續看
line 247, 248, 將KERNEL_START的位址往右shift 18算出pte的offset，(等於line239&241，239&241是先shift right 20然後shift left 2)，並將剛剛r3的值設給pte。『!』的意思是會把address存到r0。
5 G" {- z% e$ R% V
line 249~252, 算出KERNEL_END-1的pte位址放到r6, KERNEL_START的下一個pte的位址放到r0。r0 <= r6的話就持續對pte寫入初值的動作。但是這邊的r3有加上（0x1<<20），所以原本的section base會變成加1，目前不是很明瞭為什麼要加1，或許往後面會找到答案。

1.     247         add     r0, r4,  #(KERNEL_START & 0xff000000) >> 18
   
2.     248         str     r3, [r0, #(KERNEL_START & 0x00f00000) >> 18]!
   
3.     249         ldr     r6, =(KERNEL_END - 1)
   5 }) c$ ?$ O. Y% F3 B3 n
4.     250         add     r0, r0, #4
   2 z9 V3 N8 `+ K3 Z6 X: ?, j) g
5.     251         add     r6, r4, r6, lsr #18
   
6.     252 1:      cmp     r0, r6
     c$ ]" {" Y( H* d; f$ o4 t. R; H
7.     253         add     r3, r3, #1 << 20
   
8.     254         strls   r3, [r0], #4
   6 v: g5 z' t& N: {
9.     255         bls     1b

複製代碼

gogojesse

line279，PAGE_OFFSET是規範RAM mapping完後的virtual address，我們將這個位址所屬的pte算出來放到r0。
. c* ], S9 N; z+ o6 cline 280~283,將要 map 的physical address的方式算出來放到r6。
line 284，最後將結果存到r0所指到的pte。
  Z: ?& k' O: t( m, p& t
: V2 a! l! C7 A+ q以上三個動作，就是做好 ram 起頭的位址一開始map，還沒做完整塊map。由於我們目前的設定方式每塊是1MB，所以這邊是將RAM開始的1MB做map。

line 327,返回，結束一開始的create page table的動作，我們可以看出其實並沒有做完整的初始化page table，所以之後應該會有其他page table的細節。

1.     279         add     r0, r4, #PAGE_OFFSET >> 18
   " X) f. C3 ?( y2 `
2.     280         orr     r6, r7, #(PHYS_OFFSET & 0xff000000)
   
3.     281         .if     (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   $ C1 S" F6 ]! Z- E+ v. `6 n9 F+ c
4.     282         orr     r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   : W; Y1 ?% B: x" c4 f
5.     283         .endif
   
6.     284         str     r6, [r0]
   * w/ |) a. o0 q5 D
7.     327         mov     pc, lr

複製代碼

附帶一提，我們這邊省略了一些用ifdef包起來的程式碼，像是一開始會印一些output message的程式碼（line286~326）。

gogojesse

自create page table返回後，我們偷偷看一下接下來的程式碼，
line 99, 將switch_data擺到r13
) ~9 |4 I+ p+ d2 Dline 101, 將enable_mmu擺到lr
line 102, 將pc改跳到r10+PROCINFO_INITFUNC的地方去
+ c* E3 y1 c) u; ?& Y
; d8 I# m' F9 K& h9 A# p7 e其實這邊有點玄機，switch_data和enable_mmu都是function，結果位址都只是被存起來，並沒有直接跳過去執行。其實，雖然程式碼是順序switch_data->enable_mmu->proc init function，但其實執行的順序會是 procinfo 的init function-> enable_mmu -> switch_data 。至於，為什麼要這樣寫的原因？就不清楚了，也還沒仔細推敲過。

0 B3 }( r0 h- F0 |- Bswitch_data最後就會跳到大家都很熟悉的start_kernel(). 詳細要賣個關子，最近會忙一下，得要過一陣子才能貼文∼  

1.      99         ldr     r13, __switch_data              @ address to jump to after
   7 V4 k* }! Y  V' M0 _
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   5 ]! O/ A1 x8 }  N2 n4 }2 p
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

複製代碼

gogojesse

老店重新開張~
2 ?) j, I/ \7 y0 _9 [! }, I
* d) T3 N' ?; j花了一些時間把舊的貼文整理到一個blog
! |  ]  `  U' r有把一些敘述修改過
希望會比較容易集中閱讀
目前因為某些敘述不容易
還是比較偏向筆記式而且用字不夠精確
# w3 q% f' M! j7 a4 l" w% R- {希望之後能夠慢慢有系統地整理
& g' z3 f' `# s, B$ p大家有興趣的話
+ n. P. j! a6 }5 o' g& l3 z9 G可以來看看和討論
  h# I4 F! a/ x# Ihttp://gogojesseco.blogspot.com/
" d' c  c! t4 s# N5 ]6 u
以後可能會採取  先在chip123貼新文章
& B4 ]4 R2 N/ P( q4 u$ S  z3 D慢慢整理到blog上的方式
2 {% a( W: h. v$ K8 ~因為chip123比較方便討論 =)
blog編輯修改起來比較方便
閱讀也比較集中   大家可以在這邊看到討論
4 A& p7 c0 m- F  W4 }1 s然後在blog看到完整的文章 (類似BBS精華區的感覺)

gogojesse

隔了很長一段時間沒update
之前程式碼走到 ./arch/arm/kernel/head.S 的 line 99 附近

1.      99         ldr     r13, __switch_data              @ address to jump to after
   + G( \5 ^' h! k) b% `7 n
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

複製代碼

line 99, 將__switch_data放到r13。(留作之後用)
; K3 q* h& X' j/ zline 101, 將__enable_mmu的addr放到lr。(留作之後用)
line 102, 將 r10+#PROCINFO_INITFUNC 放到pc，也就是jump過去的意思。r10是proc_info的位址。PROCINFO_INITFUNC則是用之前提過的技巧，指向定義在./arch/arm/mm/proc-xxx.S的資料結構，以arm926為例，最後會指到

1. 463         b       __arm926_setup

複製代碼

所以程式碼就跳到了 __arm926_setup。

1. 373         .type   __arm926_setup, #function
   
2. 374 __arm926_setup:
   
3. 375         mov     r0, #0
   
4. 376         mcr     p15, 0, r0, c7, c7              @ invalidate I,D caches on v4
   
5. 377         mcr     p15, 0, r0, c7, c10, 4          @ drain write buffer on v4
   
6. 378 #ifdef CONFIG_MMU
   
7. 379         mcr     p15, 0, r0, c8, c7              @ invalidate I,D TLBs on v4
   
8. 380 #endif
   
9. 
   
10. 388         adr     r5, arm926_crval
    
11. 389         ldmia   r5, {r5, r6}
    
12. 390         mrc     p15, 0, r0, c1, c0              @ get control register v4
    7 A( V# C9 r. H. C$ V( p: p
13. 391         bic     r0, r0, r5
    
14. 392         orr     r0, r0, r6
    : C) [! {  a& E3 B; B
15. 
    # w0 f7 W+ }) H$ r& G5 H
16. 396         mov     pc, lr
    
17. 397         .size   __arm926_setup, . - __arm926_setup

複製代碼

這邊的程式碼就跟CPU有很大的相依性，
+ |2 W6 P# v! X+ S$ p! rline 375~380, 主要就是invalidate CPU的I&D cache和清空write buffer。
4 H- ?  X4 @  {( r+ Z, m/ ?line 388~392, 把cp15的設定讀出來，並且將一些預設狀態做好運算放到r0。(預設值從arm926_crval這邊可以取得。)
line 396, 直接把pc跳到lr，因為我們之前已經將lr = enable_mmu，所以直接跳過去。

gogojesse

1. 155 __enable_mmu:
   
2. 170         mov     r5, #(domain_val(DOMAIN_USER, DOMAIN_MANAGER) | \
   * M5 T1 q& c1 m* X' g! m
3. 171                       domain_val(DOMAIN_KERNEL, DOMAIN_MANAGER) | \
   
4. 172                       domain_val(DOMAIN_TABLE, DOMAIN_MANAGER) | \
   
5. 173                       domain_val(DOMAIN_IO, DOMAIN_CLIENT))
   0 R4 |& W2 x2 |9 |& m( S( s9 o
6. 174         mcr     p15, 0, r5, c3, c0, 0           @ load domain access register
   - _" L% A. c9 F/ h9 A: n, U" e8 W  K
7. 175         mcr     p15, 0, r4, c2, c0, 0           @ load page table pointer
   
8. 176         b       __turn_mmu_on
   
9. 177 ENDPROC(__enable_mmu)

複製代碼

line 170~174，設置好domain access。(domain access可以先當成設置access的權限，或許以後可以寫詳細的文章說明)
line 175~176，將create好的page table開頭丟給mmu。跳到turn_mmu_on

1. 191 __turn_mmu_on:
   
2. 192         mov     r0, r0
   
3. 193         mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 0           @ write control reg
   
4. 194         mrc     p15, 0, r3, c0, c0, 0           @ read id reg
   $ x9 G" D9 x0 [% u$ i6 @
5. 195         mov     r3, r3
   
6. 196         mov     r3, r3
   ' f5 `, @1 M. W' s  p
7. 197         mov     pc, r13
   
8. 198 ENDPROC(__turn_mmu_on)

複製代碼

顧名思義就是把mmu打開，將我們準備好的r0設定交給mmu，並讀取id到r3，接著pc跳到r13，r13剛剛在head.S已經先擺好__switch_data。所以會跳到head-common.S。

1. 18 __switch_data:
   
2. 19         .long   __mmap_switched
   / K8 o+ q" A% A& ^5 M
3. 20         .long   __data_loc                      @ r4
   
4. 21         .long   _data                           @ r5
   ; x9 a( s1 c3 |8 J" f; M4 j6 _, F
5. 22         .long   __bss_start                     @ r6
   " D: `) X( m  E8 @# b8 f% P% Q! F
6. 23         .long   _end                            @ r7
   
7. 24         .long   processor_id                    @ r4
   
8. 25         .long   __machine_arch_type             @ r5
   
9. 26         .long   __atags_pointer                 @ r6
   . V6 e+ d  n( j) Z2 Y
10. 27         .long   cr_alignment                    @ r7
    
11. 28         .long   init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp
    
12. 29
    9 S6 L5 g8 _8 L( [

複製代碼

switch_data的第一行就是 __mmap_switched，所以我們直接看line 39。

gogojesse

1. 39 __mmap_switched:
   
2. 40         adr     r3, __switch_data + 4
   
3. 41
   
4. 42         ldmia   r3!, {r4, r5, r6, r7}
   0 o. M9 r6 L5 u. C! M5 S
5. 43         cmp     r4, r5                          @ Copy data segment if needed
   : x3 J7 p' z8 [, B
6. 44 1:      cmpne   r5, r6
   
7. 45         ldrne   fp, [r4], #4
   7 b- t" _5 p* O0 _
8. 46         strne   fp, [r5], #4
   . ^. x# m' j7 y9 Y! ^
9. 47         bne     1b
   
10. 48
    
11. 49         mov     fp, #0                          @ Clear BSS (and zero fp)
    * _- Z" P- s' ~( I1 M
12. 50 1:      cmp     r6, r7
    ! n. Y( D" z/ y& `  M1 E3 N
13. 51         strcc   fp, [r6],#4
    
14. 52         bcc     1b
    
15. 53
    
16. 54         ldmia   r3, {r4, r5, r6, r7, sp}
    
17. 55         str     r9, [r4]                        @ Save processor ID
    
18. 56         str     r1, [r5]                        @ Save machine type
    
19. 57         str     r2, [r6]                        @ Save atags pointer
      a# R6 M7 b7 e0 E) F
20. 58         bic     r4, r0, #CR_A                   @ Clear 'A' bit
    % J- K, @5 b. N" c, L  H8 x
21. 59         stmia   r7, {r0, r4}                    @ Save control register values
    
22. 60         b       start_kernel
    + I# _" y: K/ |3 v5 k* H3 P% s' c
23. 61 ENDPROC(__mmap_switched)

複製代碼

switch_data的第一行就是 __mmap_switched，所以我們直接看line 39。
line 39，將__data_loc的addr放到r3
* w1 ]+ L3 ?4 n3 p5 e6 Bline 42,從r3的位址，連續讀取四筆資料到r4, r5, r6, r7
line 43~47，看看data segment是不是需要搬動。
, V3 g0 s# \& F8 K# ]( \$ sline 49~52, clear BSS。

由於linux kernel在進入start_kernel前有一些前提必須要滿足：
r0  = cp#15 control register
r1  = machine ID
r2  = atags pointer
. X$ \3 x" ^! [* [) x4 Q6 D! }r9  = processor ID
* o( N( j4 G; u. |( h, z7 }
所以line 54~59就是在做這些準備。
最後呢? 我們就跳到start_kernel了。(而且還是用b start_kernel，表示我們不會再回來了)
5 k& v7 C. ~1 R2 R
看一下start_kernel()在./init/main.c，終於跳出architecture specific的目錄，表示
" W6 A2 ~  X, g: ?1 I我們真正的開始linux kernel的初始化。
像是 shedule init, console init, memory init, irq init等等都在start_kernel裡頭。
. c9 G) j; `/ u/ o3 Q  T到這邊之後，應該就可以深入linux kernel中，各項比較跟hardware不那麼相關的軟體部分。