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
. K1 _" o4 l" s8 U『mov pc, r4』
r4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？！
1 o1 G6 A3 N9 q! \9 r
# P' D% c6 M. ~; f& Z. s$ r; y$ 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。

# V9 x: P3 o6 t) Q- V2 [& f8 I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)
& i9 |& b3 z+ v* r! [' k6 z4 M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。
  k; _, [5 j0 E. K7 w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 : {
   4 G% U% W; S1 [# y: W2 ?
2.      27         _stext = .;
   ' _4 p$ U* ^2 @+ ]
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"
   ) f0 \" v4 y0 W5 E% X' U
2.      78     .type   stext, %function
     Y7 f' _: `. K4 a4 V
3.      79 ENTRY(stext)
   
4.      80     msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
   
5.      81                         @ and irqs disabled
   
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   8 o/ }2 s  ~* B: C( a) c* J% Q) F4 _/ P6 ?
7.      83     bl  __lookup_processor_type     @ r5=procinfo r9=cpuid
   % E/ [8 J4 n  D4 [. {
8.      84     movs    r10, r5             @ invalid processor (r5=0)?
   
9.      85     beq __error_p           @ yes, error 'p'
   
10.      86     bl  __lookup_machine_type       @ r5=machinfo
    % k* v! j. \# l+ }! _
11.      87     movs    r8, r5              @ invalid machine (r5=0)?
    $ f: l4 P# X. H
12.      88     beq __error_a           @ yes, error 'a'
    7 P$ A# x; p3 N
13.      89     bl  __vet_atags
    3 J, _: B( o. u* x/ h: f! h
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。
! Q  ]; E$ |6 z0 |
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。

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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。
/ U3 |% w9 y) }# C+ F
" C0 V1 S3 ?) E; d' ]0 k1 H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 /*
   # u8 A: G! w! c( K" @' U
2.      60  * Kernel startup entry point.
   
3.      61  * ---------------------------
   
4.      62  *
   6 S7 @6 U( p3 ~1 O/ u! \4 H& u
5.      63  * This is normally called from the decompressor code.  The requirements
   9 H4 s+ }. `' [. c# V( E6 @
6.      64  * are: MMU = off, D-cache = off, I-cache = dont care, r0 = 0,
   8 H9 Z7 x8 y6 C& t
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。
9 k  z, K0 F5 n4 Q7 u4 |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)
' p3 x, a2 c0 g8 jline 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"
   ) r2 L9 M9 C6 ?- ^% ~8 C
2.      78     .type   stext, %function
   
3.      79 ENTRY(stext)
   
4.      80     msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
   % ~# Q1 d9 i- T
5.      81                         @ and irqs disabled
   5 m1 ]) O6 h! z: d0 U3 ~- Q, I# o$ R3 r
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   
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，
line 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。
0 `# _7 G3 e5 h, g# eline 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
line 170, 找不到的話，r5的processor id就放0x0.表示unknown id。

$ v7 V3 N( A" D0 R+ c__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
   
2.     157 __lookup_processor_type:
   
3.     158     adr r3, 3f
   
4.     159     ldmda   r3, {r5 - r7}
   , v2 j- g2 i# u4 h$ N- n
5.     160     sub r3, r3, r7          @ get offset between virt&phys
   7 h* O3 ]7 d. e4 w' a8 d( d
6.     161     add r5, r5, r3          @ convert virt addresses to
   : s) I, |8 \$ b* r3 m
7.     162     add r6, r6, r3          @ physical address space
   
8.     163 1:  ldmia   r5, {r3, r4}            @ value, mask
   
9.     164     and r4, r4, r9          @ mask wanted bits
   5 R0 \! S. z% @1 F, H2 `
10.     165     teq r3, r4
    3 H) z  V7 p  N" m& o$ a3 ]. v
11.     166     beq 2f
    
12.     167     add r5, r5, #PROC_INFO_SZ       @ sizeof(proc_info_list)
    5 F! R+ `2 w+ c1 X* o  @7 `
13.     168     cmp r5, r6
    
14.     169     blo 1b
    
15.     170     mov r5, #0              @ unknown processor
    5 ?3 b6 \3 D" V( p% F  m, K
16.     171 2:  mov pc, lr
    ; f4 o# i/ d  q& M
17. 
    : p3 S8 i$ v+ D, K0 S  s! ~: r
18.     187     .long   __proc_info_begin
    
19.     188     .long   __proc_info_end
    
20.     189 3:  .long   .
    5 Y' s2 x' c2 y8 H
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。
2 u3 r! V8 F  o
line 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。
' y% m. d2 y9 R* ~1 w" V7 aline 85, 就是r5 = 0的話，就跳到__error_p去執行。
5 |1 y/ R# q& C3 pline 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
   " G2 u$ a: E5 s+ o6 w7 L
2.      84         movs    r10, r5                         @ invalid processor (r5=0)?
   
3.      85         beq     __error_p                       @ yes, error 'p'
   . p! l4 q% U: u  S* a+ ~0 X
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
4 a0 ^' x: t+ a  u& K
9 S7 x3 v# ]# q2 G1 v- ^. w1. 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。

7 o; i; G. B. x5 a1 r# |2. 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 */
   8 U; J1 y% ~9 U/ Q7 F
2.      50 #define MACHINE_START(_type,_name)                      \
   8 J5 d# a2 U( r1 X0 D( ?
3.      51 static const struct machine_desc __mach_desc_##_type    \
   
4.      52  __used                                                 \
   # Q) [8 O6 _: |3 k/ D
5.      53  __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {    \
   6 X* @4 I# V" I; v; I
6.      54         .nr             = MACH_TYPE_##_type,            \
   4 I0 U$ _. O( v# e
7.      55         .name           = _name,
   
8.      56
   
9.      57 #define MACHINE_END                             \
   
10.      58 };
    . h- s, X; ^; `' W! t
11.      /* 用法 */
    
12.      93 MACHINE_START(OMAP_GENERIC, "Generic OMAP1510/1610/1710")
    1 b0 E1 ?  [& p
13.      94         /* Maintainer: Tony Lindgren <tony@atomide.com> */
    " A) f( o  B, i# {" F
14.      95         .phys_io        = 0xfff00000,
    . ^' [$ S# z5 r# _  _0 {
15.      96         .io_pg_offst    = ((0xfef00000) >> 18) & 0xfffc,
    5 ]3 h# H8 G5 k; z; m! [  m/ I
16.      97         .boot_params    = 0x10000100,
    
17.      98         .map_io         = omap_generic_map_io,
    6 {$ ]6 }; X; V: [
18.      99         .init_irq       = omap_generic_init_irq,
    
19.     100         .init_machine   = omap_generic_init,
    
20.     101         .timer          = &omap_timer,
    
21.     102 MACHINE_END
    
22. 
      i3 `6 L- X! u: Y) d
23.     /* func */
    
24.     204         .type   __lookup_machine_type, %function
    
25.     205 __lookup_machine_type:
    
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
    ' \3 Q- Z$ l5 }! T4 L* E5 _
30.     210         add     r6, r6, r3                      @ physical address space
    + e7 C6 v; K, ?$ F( \
31.     211 1:      ldr     r3, [r5, #MACHINFO_TYPE]        @ get machine type
    ; {1 y+ y/ e' q! W9 m
32.     212         teq     r3, r1                          @ matches loader number?
    ( a  ^; G* E2 [7 ^$ Y* |
33.     213         beq     2f                              @ found
    7 l- a7 ?7 w" W0 L. w/ c! h
34.     214         add     r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC    @ next machine_desc
    ! T. w) O3 `# ~* o, I- R
35.     215         cmp     r5, r6
    9 s' v( N% t2 k0 r
36.     216         blo     1b
    
37.     217         mov     r5, #0                          @ unknown machine
    
38.     218 2:      mov     pc, lr

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接著我們又返回到head.S，
line 87~88也是做check動作。
) N. A$ p% j5 ^/ bline 89跳到vet_atags。在head-common.S

1.      87         movs    r8, r5                          @ invalid machine (r5=0)?
   : @) u! `' o# {2 N% R3 a( ]* [
2.      88         beq     __error_a                       @ yes, error 'a'
   
3.      89         bl      __vet_atags
   ' n: M, F* z6 K! [4 n% f" K
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。
line 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。
1 F- \% k  Y, r* A/ d1 `) o  oline 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)
   5 p' a, x" {7 c& L; T, N9 A
3. 
   
4.     243         .type   __vet_atags, %function
   0 Z7 N! \9 c! Y. \+ R1 }3 O
5.     244 __vet_atags:
   4 T6 g- \% `6 m) n. g
6.     245         tst     r2, #0x3                        @ aligned?
   1 }* y2 R! U+ O4 }
7.     246         bne     1f
   
8.     247
   
9.     248         ldr     r5, [r2, #0]                    @ is first tag ATAG_CORE?
   / p$ x. G, _, g. e4 E
10.     249         subs    r5, r5, #ATAG_CORE_SIZE
    * r/ z" @. J: T- x$ q" N
11.     250         bne     1f
    
12.     251         ldr     r5, [r2, #4]
    . {; A( W  J& Y  B; S1 B. k
13.     252         ldr     r6, =ATAG_CORE
    $ T6 `7 p! S4 r% Z7 \; c. H
14.     253         cmp     r5, r6
    2 A# g( O3 s0 J
15.     254         bne     1f
    
16.     255
    3 I1 [3 }# T2 H9 S( g# T
17.     256         mov     pc, lr                          @ atag pointer is ok
    9 M  Z: N/ y1 N. V! C5 Z! F% ~
18.     257
    
19.     258 1:      mov     r2, #0
    ; L! A; m9 u2 i& T  L9 R7 \9 Y* u0 k
20.     259         mov     pc, lr

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接著我們又跳回去head.S。  
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。

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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：

1. 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。
* U# C0 j$ L# {$ e: C2 C3. Makefile & link script - 這兩個功能和撰寫的方式要有簡單的概念。
( ~" j: R4 N3 E: k
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。

% b8 h" D$ p. L5 C1 K) Q. w5 P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∼

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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？』
& d/ t- T: Q- e9 L
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。
) U9 J6 E8 F/ y- Z
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。

% Z7 {9 X) O7 H! m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。
, w5 _  ]7 A( y3 Q- K
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。

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。

) n% L/ ~% ?: X. z% d# Yp.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。
& r, l1 C( {/ o7 u5 P6 h
( |" k4 U- i, h- f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 */
   & |7 m+ P3 Z8 h+ k& [# @# j+ o3 e# x
2.      95 textofs-y       := 0x00008000
   
3.     152 TEXT_OFFSET := $(textofs-y)

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1. /* include/asm-arm/arch-omap/memory.h */
   6 o3 K, s1 Q  A. k
2.      40 #define PHYS_OFFSET             UL(0x10000000)
   
3. 
   0 [$ W: ~5 A: y) s# Z3 X
4.      /* arch/arm/kernel/head.S */
   
5.      29 #define KERNEL_RAM_VADDR        (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   2 d0 m# e3 z% L( H: G
6.      30 #define KERNEL_RAM_PADDR        (PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   
7. 
   
8.      47         .macro  pgtbl, rd
   * ?0 e6 \3 ?# A8 r
9.      48         ldr     \rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000)
   
10.      49         .endm
    ! L( Z1 @  E0 G3 I- u
11. 
    
12.     216         pgtbl   r4                              @ page table address

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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.
line 223, 將pg table的end addr放到r6.
. m" T+ j, p$ A( S; Nline 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
   
2.     222         mov     r3, #0
   / I/ |1 g( i5 l: h  o
3.     223         add     r6, r0, #0x4000
   - Y( f8 B& `. f
4.     224 1:      str     r3, [r0], #4
   4 q3 l+ [( g+ y7 q
5.     225         str     r3, [r0], #4
   1 b. d6 S* A6 P" n! j
6.     226         str     r3, [r0], #4
   - ]3 Q% R/ L' m
7.     227         str     r3, [r0], #4
   : m  N& ^9 i8 k# M$ D
8.     228         teq     r0, r6
   : [% J. @: Q4 O, ~, T
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？？
/ y5 B9 \: Z8 Y" ^5 O& f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。

: K# {/ y' p0 U# j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）
1. [31:20]存著section base addr
' G# K; Z& k/ I2. [19:2]存著mmu flags
6 P9 o, C/ |& Q0 C& B. h3. [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)
- T7 Y1 T: y% @+ }4 W0 \. \4. pg tabel資料要存放到 [31:14] = translation base, [13:2] = table index , [1:0] = 0b00 的位址
' K. Y8 |8 C8 k1 w+ w, H
3 H" V$ ?8 ]1 x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.。
2 G& g  K4 N( g  H8 A/ W' G1 G, yline 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。
0 K& b0 c8 l8 U+ `所以前面兩個做完，就完成了bit[31:2]。
& E$ D0 h; B6 I- _" Iline 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
   ' Z$ G9 D5 H9 I7 M
2.     240         orr     r3, r7, r6, lsl #20
   ! m: i/ m+ d1 o$ ?- q
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∼
8 p7 G- p6 \* A6 e1 M3 K1 `
& v( o) o: w2 \2 [7 h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。
' _+ |# _/ y" ?& H! a1 Q: n3 c8 P
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
   * r  [! U. G% I2 S6 F
2.     248         str     r3, [r0, #(KERNEL_START & 0x00f00000) >> 18]!
   , ?7 ?4 ]1 h, k
3.     249         ldr     r6, =(KERNEL_END - 1)
   
4.     250         add     r0, r0, #4
   ; J2 n) p6 n9 t$ ]% Z7 N9 q. N
5.     251         add     r6, r4, r6, lsr #18
   9 p) P, M$ Z) {* L, n
6.     252 1:      cmp     r0, r6
   + ]( O6 Z) @1 u0 d4 M
7.     253         add     r3, r3, #1 << 20
   
8.     254         strls   r3, [r0], #4
   
9.     255         bls     1b

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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。
line 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。

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
   ' j, z+ \, m( ]9 c3 z& S
2.     280         orr     r6, r7, #(PHYS_OFFSET & 0xff000000)
   ! N9 ^: B* T! H# {3 r* r% c; ^+ N
3.     281         .if     (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
4.     282         orr     r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
5.     283         .endif
   
6.     284         str     r6, [r0]
   4 v: z8 k9 @' I  O
7.     327         mov     pc, lr

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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，
+ o% b4 q* Q. ^) x( f1 rline 99, 將switch_data擺到r13
line 101, 將enable_mmu擺到lr
line 102, 將pc改跳到r10+PROCINFO_INITFUNC的地方去
$ q" r) w. J9 s4 g5 o* `6 f
  n+ L9 j$ \) O  f& q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。

& S# C; G" Z& W( J- S/ F  b/ aswitch_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
   , X4 B) ^/ e3 k' ^1 [2 t
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
     w" V  Z& v$ \8 N3 }; _4 l
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   / _. w9 T. k3 Y% u9 T* }! ^
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

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gogojesse

老店重新開張~
, h# m8 B0 J4 ?  v
花了一些時間把舊的貼文整理到一個blog
0 }+ k" g) I9 J$ v0 d- I+ q有把一些敘述修改過
- l% a3 p  ?4 v希望會比較容易集中閱讀
+ k0 T/ {5 d" u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
8 a- `# ^* x( Q$ x5 C$ ]" [希望之後能夠慢慢有系統地整理
7 u- x3 C7 g% t大家有興趣的話
可以來看看和討論
3 u3 g- @0 u1 I0 @9 d4 bhttp://gogojesseco.blogspot.com/
: u# U! x2 c: ^$ \- _5 \* G/ Y& R
以後可能會採取  先在chip123貼新文章
慢慢整理到blog上的方式
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
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
% q& K1 F  M) y1 U) H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
   
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   * a' {/ R) i: O( p( I3 M
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   ! V, [* V- E+ X5 Z
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

複製代碼

line 99, 將__switch_data放到r13。(留作之後用)
$ K4 ?  c/ T" h0 W( vline 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
   # Q4 R: a# Q% x+ S. Z' [5 @
2. 374 __arm926_setup:
   
3. 375         mov     r0, #0
   : x9 l/ D- `! ?. Q
4. 376         mcr     p15, 0, r0, c7, c7              @ invalidate I,D caches on v4
   4 r- }; U9 {' u9 i# [* x! l4 T
5. 377         mcr     p15, 0, r0, c7, c10, 4          @ drain write buffer on v4
   - y- s. X: T6 D) g# Y
6. 378 #ifdef CONFIG_MMU
   * Y/ S9 b7 E8 }) B! b  m
7. 379         mcr     p15, 0, r0, c8, c7              @ invalidate I,D TLBs on v4
   / S- z: w# K& W( @, t
8. 380 #endif
   
9. 
   ; {1 y( L9 H' K8 z3 D
10. 388         adr     r5, arm926_crval
    : n$ ~2 w) u' L  l. K0 l) X
11. 389         ldmia   r5, {r5, r6}
    
12. 390         mrc     p15, 0, r0, c1, c0              @ get control register v4
    
13. 391         bic     r0, r0, r5
    
14. 392         orr     r0, r0, r6
    
15. 
    
16. 396         mov     pc, lr
    4 T6 ~8 `3 N9 z9 h  X- v1 O! I
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，
line 375~380, 主要就是invalidate CPU的I&D cache和清空write buffer。
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) | \
   
3. 171                       domain_val(DOMAIN_KERNEL, DOMAIN_MANAGER) | \
   
4. 172                       domain_val(DOMAIN_TABLE, DOMAIN_MANAGER) | \
   
5. 173                       domain_val(DOMAIN_IO, DOMAIN_CLIENT))
   5 U8 R8 d, W/ G/ Y
6. 174         mcr     p15, 0, r5, c3, c0, 0           @ load domain access register
   / Z; u! h7 d+ ]5 F9 B7 J5 b
7. 175         mcr     p15, 0, r4, c2, c0, 0           @ load page table pointer
   ; M, {1 S% c7 n3 T) b8 q4 _* y9 H
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)
% e! D0 X+ m( Pline 175~176，將create好的page table開頭丟給mmu。跳到turn_mmu_on

1. 191 __turn_mmu_on:
   , w" e! M* x; f7 D# q) x0 \) H$ \# }
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
   
5. 195         mov     r3, r3
   ( g7 p' H& s- p0 }/ N" B1 j3 c- M, F
6. 196         mov     r3, r3
   
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:
   # t. T# f9 F! J, Z# w5 g3 t6 U
2. 19         .long   __mmap_switched
   * I# b  W. F8 x4 m2 s; n/ `3 j
3. 20         .long   __data_loc                      @ r4
   , ~' ^: J* ?+ \2 a( X( Q; u* e
4. 21         .long   _data                           @ r5
   
5. 22         .long   __bss_start                     @ r6
   ) K/ C1 t1 ?% |+ I" S
6. 23         .long   _end                            @ r7
   
7. 24         .long   processor_id                    @ r4
   ; f6 I& K2 S" @
8. 25         .long   __machine_arch_type             @ r5
   3 @: p( n. e; m# |
9. 26         .long   __atags_pointer                 @ r6
   / I, A7 Z9 G" i+ j1 Z$ H/ x9 J
10. 27         .long   cr_alignment                    @ r7
    
11. 28         .long   init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp
    + Y  P* [% X4 J9 Z
12. 29
    4 w5 \# ]/ x: |

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
   ( D% K" a* ~( [7 E4 t
3. 41
   
4. 42         ldmia   r3!, {r4, r5, r6, r7}
   ) O2 @; U5 u4 g/ I4 ]9 R% B
5. 43         cmp     r4, r5                          @ Copy data segment if needed
   $ t$ F6 Z- X6 p0 P+ r+ f
6. 44 1:      cmpne   r5, r6
   
7. 45         ldrne   fp, [r4], #4
   
8. 46         strne   fp, [r5], #4
   ! L0 j( h: O$ v* D6 E, n
9. 47         bne     1b
   ) ^; q9 O3 n5 K8 @
10. 48
    8 Q- S' ~1 o* X
11. 49         mov     fp, #0                          @ Clear BSS (and zero fp)
    / e1 A, i/ E7 J" C  F
12. 50 1:      cmp     r6, r7
    
13. 51         strcc   fp, [r6],#4
    
14. 52         bcc     1b
    , {8 C! s  ]" Z5 ]0 ?0 h1 f- z
15. 53
    
16. 54         ldmia   r3, {r4, r5, r6, r7, sp}
    ( H. n8 [& I( i) g& M( \* @
17. 55         str     r9, [r4]                        @ Save processor ID
    ) B. y, P# h" B* W. g% W9 ~; P
18. 56         str     r1, [r5]                        @ Save machine type
    . z6 l- c( N) m( v  ?, `5 e5 _
19. 57         str     r2, [r6]                        @ Save atags pointer
    
20. 58         bic     r4, r0, #CR_A                   @ Clear 'A' bit
    , @9 ~5 ]5 u  D3 i9 S0 }) j
21. 59         stmia   r7, {r0, r4}                    @ Save control register values
    
22. 60         b       start_kernel
    6 u. d+ Z5 O9 u
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。
) d/ V# T" w/ @! Uline 39，將__data_loc的addr放到r3
" j% {* @: K" f  c8 J) Qline 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。
line 49~52, clear BSS。
% ?; z: r! [& [3 s. P3 o4 X' B) C
; S1 Y" ?9 V: i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
" w/ k) I2 j7 \0 }: Tr9  = processor ID

1 ^  N  u3 J5 |2 F' l- V- l+ R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)

看一下start_kernel()在./init/main.c，終於跳出architecture specific的目錄，表示
3 l7 ~2 b1 ~; A9 m我們真正的開始linux kernel的初始化。
) t9 q3 p9 `5 Y& H0 U像是 shedule init, console init, memory init, irq init等等都在start_kernel裡頭。
4 p' Q; i) z4 m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。