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
" P% _" T0 m- E" o# f, a) P4 t『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？！
$ \: i# \( L, Z( j
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。
, l8 l8 R+ q" p1 h  o
( Z. H/ ~' Y" J- T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)
% D  E+ p1 i( 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。
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 : {
   / s( \6 a- _) n5 ^+ ~0 c  z
2.      27         _stext = .;
   
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"
   # d/ A. A! e( e% \1 E0 H1 y" C" w% a
2.      78     .type   stext, %function
   
3.      79 ENTRY(stext)
   7 {) E# X7 j9 ~( \% Y  L& K' h' I
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
   ' H3 \: Z1 G4 D$ `9 `
7.      83     bl  __lookup_processor_type     @ r5=procinfo r9=cpuid
   8 W5 h- J( I- u% ]# C
8.      84     movs    r10, r5             @ invalid processor (r5=0)?
   , }  m; Y( E' z! M2 ~1 ^
9.      85     beq __error_p           @ yes, error 'p'
   
10.      86     bl  __lookup_machine_type       @ r5=machinfo
    " @: c! L: y, s- W
11.      87     movs    r8, r5              @ invalid machine (r5=0)?
    " x! Y' L8 H: W8 c( E/ [! `2 n
12.      88     beq __error_a           @ yes, error 'a'
    
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。
! Y1 k/ U- F& o
+ |# c) c6 ~* P. A# }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。

: l) ^- i. E  c  _7 i" p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.
   " ?% I- w5 s( D( |% C7 z
3.      61  * ---------------------------
   7 s; }# j* l, ?& M( K, q9 O
4.      62  *
   * F$ {9 P$ L# O1 {, h2 r
5.      63  * This is normally called from the decompressor code.  The requirements
   " q6 p5 ^% `3 E: o. R6 X" c3 J
6.      64  * are: MMU = off, D-cache = off, I-cache = dont care, r0 = 0,
   
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。
, p+ _$ u* U5 }' f7 mline 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)
line 82, 讀取CPU ID到r9
3 B$ m5 N9 v3 M/ e+ jline 83, 跳到 __lookup_processor_type 執行（bl會記住返回位址）。

1.      77     .section ".text.head", "ax"
   
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
   " I* N5 D/ I; _% n9 I6 n. t
5.      81                         @ and irqs disabled
   
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，
; ]1 h) T1 c# m6 eline 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
2 t7 T* y# j7 \line 170, 找不到的話，r5的processor id就放0x0.表示unknown id。
! ~# A% h" K! d( K/ ]
" d) G! _* m8 ]# K% N" [__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
   - J" [2 f) G  R* E* V
2.     157 __lookup_processor_type:
   
3.     158     adr r3, 3f
   
4.     159     ldmda   r3, {r5 - r7}
   
5.     160     sub r3, r3, r7          @ get offset between virt&phys
   " e6 c- f2 q1 h. O7 T
6.     161     add r5, r5, r3          @ convert virt addresses to
   ( t5 Z. A9 k- }
7.     162     add r6, r6, r3          @ physical address space
   
8.     163 1:  ldmia   r5, {r3, r4}            @ value, mask
   3 r. v- I8 f1 `: N% p8 _
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
    
15.     170     mov r5, #0              @ unknown processor
    * `" d; L4 K* A: Z- V
16.     171 2:  mov pc, lr
    
17. 
    2 a, V. H) A$ l# u: Y% T* g" `
18.     187     .long   __proc_info_begin
    5 V6 T) i  U4 ~* ]; ]" s
19.     188     .long   __proc_info_end
    # A) Q+ B& ]2 }$ A
20.     189 3:  .long   .
    
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 D/ p5 j* c+ f0 P! A
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。
line 85, 就是r5 = 0的話，就跳到__error_p去執行。
line 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)?
   
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

1 a) M6 H0 q" r/ B& C. r1. 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。

% y3 ^+ @( o2 m, B2 j. U2. 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 */
   - r  Q' ~/ T5 `: U
2.      50 #define MACHINE_START(_type,_name)                      \
   ) A5 r9 m; _: L* m
3.      51 static const struct machine_desc __mach_desc_##_type    \
   + A( o# d/ C& m. R$ |& h7 H
4.      52  __used                                                 \
   
5.      53  __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {    \
   4 S& h- D4 d" D) K4 V+ P
6.      54         .nr             = MACH_TYPE_##_type,            \
   8 r8 U. N8 w* T( N: Z* e# W
7.      55         .name           = _name,
   
8.      56
   
9.      57 #define MACHINE_END                             \
   ) T) M5 P* ?" R
10.      58 };
    
11.      /* 用法 */
    
12.      93 MACHINE_START(OMAP_GENERIC, "Generic OMAP1510/1610/1710")
    
13.      94         /* Maintainer: Tony Lindgren <tony@atomide.com> */
    
14.      95         .phys_io        = 0xfff00000,
    
15.      96         .io_pg_offst    = ((0xfef00000) >> 18) & 0xfffc,
    7 U* C; g% F1 T9 d
16.      97         .boot_params    = 0x10000100,
    
17.      98         .map_io         = omap_generic_map_io,
    6 w) d8 _8 `6 {# k8 r1 ~1 M, ~- |6 l
18.      99         .init_irq       = omap_generic_init_irq,
    0 D$ l' [- x; w7 B, H, G/ S' H" f5 p
19.     100         .init_machine   = omap_generic_init,
    
20.     101         .timer          = &omap_timer,
    3 d( e1 t+ Y# c$ D* I0 R
21.     102 MACHINE_END
    ( C# T4 ^% ?, p
22. 
    
23.     /* func */
    
24.     204         .type   __lookup_machine_type, %function
    9 l! H* @- U" e4 h
25.     205 __lookup_machine_type:
    
26.     206         adr     r3, 3b
    
27.     207         ldmia   r3, {r4, r5, r6}
    % {" O! R/ Q+ f) n, |7 F8 D
28.     208         sub     r3, r3, r4                      @ get offset between virt&phys
    $ a5 f& J3 X3 {, Y6 j9 N# {0 {. ~
29.     209         add     r5, r5, r3                      @ convert virt addresses to
    
30.     210         add     r6, r6, r3                      @ physical address space
    + h7 n! a0 L! M6 k  z- d* j' N
31.     211 1:      ldr     r3, [r5, #MACHINFO_TYPE]        @ get machine type
    1 c2 H7 a  R2 C0 |# W' x) b) F6 `
32.     212         teq     r3, r1                          @ matches loader number?
    8 l- S8 W* a; o2 P+ a+ g7 u/ q0 }
33.     213         beq     2f                              @ found
    * j) r, A9 O! B" ?# S. I
34.     214         add     r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC    @ next machine_desc
    * E# C* o) t, F
35.     215         cmp     r5, r6
    
36.     216         blo     1b
    
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，
8 Z. L: k. W* d" [line 87~88也是做check動作。
) `8 G% o9 V0 O5 D/ c% p/ Hline 89跳到vet_atags。在head-common.S

1.      87         movs    r8, r5                          @ invalid machine (r5=0)?
   6 E) e* R7 o9 R
2.      88         beq     __error_a                       @ yes, error 'a'
   
3.      89         bl      __vet_atags
   " \: c3 c( h* _: }# E/ v+ _& a0 V8 Z
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。
1 O% |. T( a( H" @. Kline 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。
6 J9 g7 H, j9 a8 c& sline 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。
+ t9 N! O$ ^/ N& H（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
   % z5 N$ b. V) s
2.      15 #define ATAG_CORE_SIZE ((2*4 + 3*4) >> 2)
   % \2 {- o. b9 Q1 Y1 [3 |
3. 
   / B! k0 s+ @0 ~* M, q3 u, P) z& r5 ^8 k. A
4.     243         .type   __vet_atags, %function
   
5.     244 __vet_atags:
   
6.     245         tst     r2, #0x3                        @ aligned?
   : J  u" L- K. `4 g& D9 h3 d
7.     246         bne     1f
   * Q: X7 [! t; f0 }% j
8.     247
   
9.     248         ldr     r5, [r2, #0]                    @ is first tag ATAG_CORE?
   9 o& B8 q0 W0 u" ^* b. N* s
10.     249         subs    r5, r5, #ATAG_CORE_SIZE
    % W) t! s" u5 R# g( x
11.     250         bne     1f
    - {1 e6 z, @% J: u$ }. p
12.     251         ldr     r5, [r2, #4]
    & E. t. R' |1 p! |' E% O# e- Z
13.     252         ldr     r6, =ATAG_CORE
    - S' l0 D7 A: B# O8 I( V
14.     253         cmp     r5, r6
    
15.     254         bne     1f
    
16.     255
    
17.     256         mov     pc, lr                          @ atag pointer is ok
    
18.     257
    3 q6 o5 {! H4 R+ s0 @7 s  Z
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。  
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：
, q  z4 a! ?5 j
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。
+ `- }& W6 ?3 ^9 a3. Makefile & link script - 這兩個功能和撰寫的方式要有簡單的概念。

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。

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。
2 u: s! Y1 Z& K
『產生page table到底是要給誰用的？』

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。
1 ]0 R0 t4 n. s" k( |* |
( [& B  g& y8 k" I5 ?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。
+ ^% R, O1 l; u1 h
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。

3 E2 s# k8 c( o# S' X3 a9 O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。

- t' h% y- q/ Ap.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∼
; D7 g& P( j9 V% n7 lline 216，會跳到pgtbl的macro去執行，其實只是載入一個位址。
- R( x) G, A5 F0 M. S& }) F
3 A- ^* x3 {* }0 r2 X; n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 */
   
2.      95 textofs-y       := 0x00008000
   " `8 k/ l- m3 K+ `
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. 
   6 P# ^+ c. N* T$ w( P3 _; ]8 _; e
4.      /* arch/arm/kernel/head.S */
   " d! k5 ~  G' A, U0 n
5.      29 #define KERNEL_RAM_VADDR        (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   ; r. A+ E" b2 a) i) W3 |4 H& i( t
6.      30 #define KERNEL_RAM_PADDR        (PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   $ [  j& _0 O7 M$ C3 \0 \
7. 
   & [6 n1 ]* P' Q- m$ J8 R+ |9 K- t6 ^
8.      47         .macro  pgtbl, rd
   
9.      48         ldr     \rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000)
   / y  n. x$ z4 R/ o, T
10.      49         .endm
    
11. 
    5 \6 u7 R2 k8 E" F7 V5 B, F
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。
: U1 K( u. o) sline 221, 將pg table的base addr放到r0.
" b& z; `% _/ W+ J7 u# d; }line 223, 將pg table的end addr放到r6.
* J4 W5 \; }  z. kline 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
   
3.     223         add     r6, r0, #0x4000
   & e2 _* T% g) \8 ~* K/ i
4.     224 1:      str     r3, [r0], #4
   
5.     225         str     r3, [r0], #4
   
6.     226         str     r3, [r0], #4
   6 Z. s4 _4 A. m' f: q& @
7.     227         str     r3, [r0], #4
     U- c  q3 S! v1 J
8.     228         teq     r0, r6
   
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？？
' n( b' A, \) R" l* v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。
4 _* L& ~% R! d/ D+ u- l4 E6 o+ n
3 g/ |, a9 l  q+ }' r0 o: J* f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
2. [19:2]存著mmu flags
! r' b; U! x8 X$ {  i4 j3. [1:0]用來辨別這是存放哪種page, 有四種:
! m- D2 m, e, w, `/ e  w6 t0 p# J" k   a. fault (00) b. coarse page (01) c. section (1st level) (10) d. fine page (11)
4. pg tabel資料要存放到 [31:14] = translation base, [13:2] = table index , [1:0] = 0b00 的位址

7 ?' e6 K% R, ~4 e9 k/ I來看code是怎麼設定。
, K3 c( G$ A* e, n# h. L: d) |& c
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.。
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。
# q! w9 M5 u$ k1 s' y) K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∼

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。
! u3 s  F: ^3 ^  X+ Z- V6 o
, J5 _' u# m+ t3 ]5 m4 Z/ z' xline 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
   - _' F) g3 t% G9 Y7 h+ N% j6 p9 L
2.     248         str     r3, [r0, #(KERNEL_START & 0x00f00000) >> 18]!
   
3.     249         ldr     r6, =(KERNEL_END - 1)
   
4.     250         add     r0, r0, #4
   % d: P( p$ D7 b0 g% }, w  I
5.     251         add     r6, r4, r6, lsr #18
   4 b1 b! x( I# M9 S
6.     252 1:      cmp     r0, r6
   8 m5 r  K7 n" r* F* ~7 w
7.     253         add     r3, r3, #1 << 20
   5 h9 p/ K, O% s- }* h4 ~" ^; w
8.     254         strls   r3, [r0], #4
   / J# D9 G% [1 f$ H; P1 J; d
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。
: e/ ~+ a( z  @- Sline 280~283,將要 map 的physical address的方式算出來放到r6。
& R* c1 d. ~' E3 V* e1 fline 284，最後將結果存到r0所指到的pte。

( K0 X; y0 K; L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。

  g0 w+ ^3 ?6 m  [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
   * L; _" |% n- R$ _6 [1 L
2.     280         orr     r6, r7, #(PHYS_OFFSET & 0xff000000)
   
3.     281         .if     (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
4.     282         orr     r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
5.     283         .endif
   
6.     284         str     r6, [r0]
   
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，
) F' Y2 y3 ]7 D- c2 Y$ Z$ xline 99, 將switch_data擺到r13
7 b7 s* F+ y7 A9 \- C4 \# E. cline 101, 將enable_mmu擺到lr
line 102, 將pc改跳到r10+PROCINFO_INITFUNC的地方去
2 n: g6 h$ H5 E, C# I/ A8 j) 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。
  r0 L6 R5 }7 e3 m/ E
8 }& B5 b, U$ p. g% P4 F6 u+ t" ~7 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
   
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

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gogojesse

老店重新開張~

花了一些時間把舊的貼文整理到一個blog
有把一些敘述修改過
+ ^3 V' B9 j/ [8 J9 m) _/ q3 @3 j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
% U4 _; L# O* v0 y- y希望之後能夠慢慢有系統地整理
9 ~* S3 Q8 j' x# {1 b( I: ^大家有興趣的話
8 Q0 C8 Q& F8 Y/ k7 J) Z) @8 g可以來看看和討論
http://gogojesseco.blogspot.com/
0 Y4 P, w/ E; P) i' y
以後可能會採取  先在chip123貼新文章
慢慢整理到blog上的方式
5 f& \( x8 o6 b. y& o4 r, o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
8 |2 T2 _- e# x  N3 b6 Z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
4 m  C$ U: P' w4 |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
   ' G3 Z, G! M( |* J5 h
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   2 P" T3 ]1 |2 [5 U
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   & s* m5 `: z7 T; b8 Q0 a
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

複製代碼

line 99, 將__switch_data放到r13。(留作之後用)
0 ?; H- m) m8 J# n4 X; ?line 101, 將__enable_mmu的addr放到lr。(留作之後用)
# c# s4 E1 [$ e/ X* y* hline 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 \/ v4 T5 P6 k1 q) c, P; E
2. 374 __arm926_setup:
   
3. 375         mov     r0, #0
   
4. 376         mcr     p15, 0, r0, c7, c7              @ invalidate I,D caches on v4
     z% o- x1 I, m) L( b% _
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. 
   0 c1 J7 U% y5 K8 }  U: g5 Q
10. 388         adr     r5, arm926_crval
    
11. 389         ldmia   r5, {r5, r6}
    
12. 390         mrc     p15, 0, r0, c1, c0              @ get control register v4
    
13. 391         bic     r0, r0, r5
    : N9 P8 [; d1 K5 k: v6 r
14. 392         orr     r0, r0, r6
    
15. 
    
16. 396         mov     pc, lr
    $ }. }5 H9 W. b) x' ~. m
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。)
* j4 X3 r5 @2 W  f9 r9 |  U8 rline 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:
   $ J4 ?1 b0 W& d
2. 170         mov     r5, #(domain_val(DOMAIN_USER, DOMAIN_MANAGER) | \
   
3. 171                       domain_val(DOMAIN_KERNEL, DOMAIN_MANAGER) | \
   - Q5 F. F& J$ L" H/ B+ I
4. 172                       domain_val(DOMAIN_TABLE, DOMAIN_MANAGER) | \
   
5. 173                       domain_val(DOMAIN_IO, DOMAIN_CLIENT))
   , W: v4 ]% q9 }4 Z, G$ g2 ~
6. 174         mcr     p15, 0, r5, c3, c0, 0           @ load domain access register
   
7. 175         mcr     p15, 0, r4, c2, c0, 0           @ load page table pointer
   
8. 176         b       __turn_mmu_on
   2 r0 t- C. p6 f3 D" r
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)
9 @- X( X" I" L; Q3 Kline 175~176，將create好的page table開頭丟給mmu。跳到turn_mmu_on

1. 191 __turn_mmu_on:
   " a7 X5 F0 [: U8 L: n
2. 192         mov     r0, r0
   
3. 193         mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 0           @ write control reg
   + {: B7 i6 k; [7 a$ i% _  \
4. 194         mrc     p15, 0, r3, c0, c0, 0           @ read id reg
   % D, N+ W- g+ ]2 ?7 n; o
5. 195         mov     r3, r3
   ; e+ ~* c% T3 y$ A# M$ B
6. 196         mov     r3, r3
   6 e( ], q) g0 r4 _
7. 197         mov     pc, r13
   7 v6 L) a6 X* w1 ~+ O# s2 u
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:
   6 S0 K$ u: K/ M  g' Y) m8 N
2. 19         .long   __mmap_switched
   & D0 n, d% E0 u, ]
3. 20         .long   __data_loc                      @ r4
   
4. 21         .long   _data                           @ r5
   - h7 u0 O* E% d, f5 l$ P2 f5 l' m2 M
5. 22         .long   __bss_start                     @ r6
   
6. 23         .long   _end                            @ r7
   
7. 24         .long   processor_id                    @ r4
   
8. 25         .long   __machine_arch_type             @ r5
   & [# m& X, r7 L3 m
9. 26         .long   __atags_pointer                 @ r6
   
10. 27         .long   cr_alignment                    @ r7
    : [( @4 Y9 A) w4 @/ _" U4 J
11. 28         .long   init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp
    
12. 29
    

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:
   / ]1 i% i( n# A$ n8 ^. V
2. 40         adr     r3, __switch_data + 4
   5 Q. y8 ]6 c0 C. V
3. 41
   ' {1 R. I0 v1 b+ x" @* V5 L
4. 42         ldmia   r3!, {r4, r5, r6, r7}
   4 m# `; T" |+ B3 j, t
5. 43         cmp     r4, r5                          @ Copy data segment if needed
   + b9 q6 s9 N( V- [
6. 44 1:      cmpne   r5, r6
   
7. 45         ldrne   fp, [r4], #4
   & ]6 @# W8 C9 H* |  d
8. 46         strne   fp, [r5], #4
   
9. 47         bne     1b
   * @. N* A1 Y" J' d3 c. b9 W1 i
10. 48
    ' H  r4 g! N/ v% J" P
11. 49         mov     fp, #0                          @ Clear BSS (and zero fp)
    * S) ?$ V: \+ e# o# h" z
12. 50 1:      cmp     r6, r7
    5 M. R, r' N6 I$ R
13. 51         strcc   fp, [r6],#4
    
14. 52         bcc     1b
    ( f& t" [1 v# b: _, k! Y$ F
15. 53
    . }7 h) o* k# ]6 W, P; l" x- P
16. 54         ldmia   r3, {r4, r5, r6, r7, sp}
    
17. 55         str     r9, [r4]                        @ Save processor ID
    / G) Y7 E- j; j! y$ v9 k! m, p9 a$ H
18. 56         str     r1, [r5]                        @ Save machine type
    
19. 57         str     r2, [r6]                        @ Save atags pointer
    
20. 58         bic     r4, r0, #CR_A                   @ Clear 'A' bit
    
21. 59         stmia   r7, {r0, r4}                    @ Save control register values
    
22. 60         b       start_kernel
    
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。
7 w' C# E. H1 l1 g; a2 z; gline 39，將__data_loc的addr放到r3
! u8 o- d1 l8 \line 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。

0 o/ z* C& y9 V8 g, ?' Q2 b由於linux kernel在進入start_kernel前有一些前提必須要滿足：
  j9 U7 q7 n- [# U4 y% G* Tr0  = cp#15 control register
r1  = machine ID
1 g% \) w) i2 f( Wr2  = atags pointer
, T' Z- Q' u% A: \# tr9  = processor ID
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- }% E1 B* \, p# ?' m; ^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)

! R2 H; I9 H% E3 C/ q( ?- S& l看一下start_kernel()在./init/main.c，終於跳出architecture specific的目錄，表示
1 F/ B8 H: ?5 g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。
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。