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
& g! i6 }" q6 ?『mov pc, r4』
5 d$ I( o0 [& g# H* d( A4 fr4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？！
2 U, ]+ D+ b& ]4 I2 Q
$ M1 |( C2 u$ {  I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。
0 x& y( {/ e( t5 C: X- Q
1 \' D" \2 ~" O8 z+ U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

複製代碼

打開./arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S (會用來產生vmlinux.lds)
/ L8 E9 `7 r3 L# S) P$ m8 C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 : {
   
2.      27         _stext = .;
   
3.      28         _sinittext = .;
   
4.      29         *(.text.head)
   
5.      30     }

複製代碼

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"
   
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
   
5.      81                         @ and irqs disabled
   # {! W- {' k# y. o
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   
7.      83     bl  __lookup_processor_type     @ r5=procinfo r9=cpuid
   - e' _7 R) Q* y4 n+ e% B
8.      84     movs    r10, r5             @ invalid processor (r5=0)?
   8 i8 C6 _8 k! q! \
9.      85     beq __error_p           @ yes, error 'p'
   
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'
    1 v, O' y2 q$ L3 L) `, J
13.      89     bl  __vet_atags
    
14.      90     bl  __create_page_tables

複製代碼

既然找到了檔案，我們又可以開始繼續。
) k6 ~" r3 }7 m7 f% u
3 W& D- b$ i! ]2 C% F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

1. 39 __mmap_switched:
   . h& ]; H' i" I. P
2. 40         adr     r3, __switch_data + 4
   
3. 41
   2 Z( V. y2 N, P7 ]
4. 42         ldmia   r3!, {r4, r5, r6, r7}
   
5. 43         cmp     r4, r5                          @ Copy data segment if needed
   ( f8 `; P4 {! S2 U. U6 F
6. 44 1:      cmpne   r5, r6
   
7. 45         ldrne   fp, [r4], #4
   ' r" U! {$ R7 C5 p% j2 I. T, e
8. 46         strne   fp, [r5], #4
   $ ?: v+ u% C$ m; u8 h) v
9. 47         bne     1b
   
10. 48
    
11. 49         mov     fp, #0                          @ Clear BSS (and zero fp)
    
12. 50 1:      cmp     r6, r7
    # a3 [; B6 a9 L4 x9 ?# I
13. 51         strcc   fp, [r6],#4
    
14. 52         bcc     1b
    
15. 53
    ; ?  }3 \# {* z4 b0 u
16. 54         ldmia   r3, {r4, r5, r6, r7, sp}
    0 K2 P/ g- P! S& k
17. 55         str     r9, [r4]                        @ Save processor ID
    5 P1 G7 C* i2 i! G1 |: f# ?  z
18. 56         str     r1, [r5]                        @ Save machine type
    
19. 57         str     r2, [r6]                        @ Save atags pointer
    4 p$ W; s6 j2 l3 L$ h
20. 58         bic     r4, r0, #CR_A                   @ Clear 'A' bit
    
21. 59         stmia   r7, {r0, r4}                    @ Save control register values
    ; t4 }7 Y) c3 F4 O; a
22. 60         b       start_kernel
    * [# I8 _% K! n, Q) U6 z! I
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
line 42,從r3的位址，連續讀取四筆資料到r4, r5, r6, r7
. P9 u! |/ d' e" A" Z! O8 ?line 43~47，看看data segment是不是需要搬動。
& R) m+ m9 g; @5 w% Pline 49~52, clear BSS。

# L0 ?: N) I" E% H由於linux kernel在進入start_kernel前有一些前提必須要滿足：
5 m1 c8 O3 k; H# e9 D  [3 sr0  = cp#15 control register
+ }/ D7 S% W8 _! f8 l8 w# rr1  = machine ID
r2  = atags pointer
% r! U* [/ Z3 ]2 b) kr9  = processor ID
: s( u! w; R, h
0 R# ?; D( @' |& ]5 r: X; @* E* g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
' M7 f" k5 C1 v* T3 z8 z我們真正的開始linux kernel的初始化。
. w! T% T  d' W* R: F6 I3 w; B像是 shedule init, console init, memory init, irq init等等都在start_kernel裡頭。
, L; a1 X4 j& X6 v: h. q+ c8 j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。

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) | \
   ! g/ ^" `9 t! m" ~: C  P2 _
5. 173                       domain_val(DOMAIN_IO, DOMAIN_CLIENT))
   " M2 f' U5 ?2 Y4 P& {$ D
6. 174         mcr     p15, 0, r5, c3, c0, 0           @ load domain access register
   5 N/ m# q; f8 k) R
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)
- f: r4 n' R2 P6 x  X, t- Eline 175~176，將create好的page table開頭丟給mmu。跳到turn_mmu_on

1. 191 __turn_mmu_on:
   ; G& e: F4 ?. c% }: X
2. 192         mov     r0, r0
     L  s5 ~* w4 x+ F
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
   . S8 U7 x- ~0 z% \& g& @4 u9 P
6. 196         mov     r3, r3
   
7. 197         mov     pc, r13
   9 I& M/ e) q+ D3 L3 ~2 a$ B
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:
   - q& v$ J$ b+ d% ~- V3 ~+ q
2. 19         .long   __mmap_switched
   
3. 20         .long   __data_loc                      @ r4
   8 B! J% f6 n# p: c2 q
4. 21         .long   _data                           @ r5
   ) S, I/ R# X- u
5. 22         .long   __bss_start                     @ r6
   
6. 23         .long   _end                            @ r7
   
7. 24         .long   processor_id                    @ r4
   
8. 25         .long   __machine_arch_type             @ r5
   
9. 26         .long   __atags_pointer                 @ r6
   
10. 27         .long   cr_alignment                    @ r7
    4 t) h: c# y- Y& l; o( P& s. s
11. 28         .long   init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp
    
12. 29
    * l! h4 A0 o1 b  ~  i

複製代碼

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

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
   $ ]: P: R0 V$ c% D4 S, F
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)
' G; K: g& g9 Xline 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
     ^$ p2 V, u! J; v8 C
4. 376         mcr     p15, 0, r0, c7, c7              @ invalidate I,D caches on v4
   8 ~$ U  ]. I4 D5 F; `' W
5. 377         mcr     p15, 0, r0, c7, c10, 4          @ drain write buffer on v4
   / ?7 ]* R3 I4 F1 r- E/ @
6. 378 #ifdef CONFIG_MMU
   + A! `/ l. `  X& T
7. 379         mcr     p15, 0, r0, c8, c7              @ invalidate I,D TLBs on v4
   & o& p2 M# N3 Q* ?) K! Q
8. 380 #endif
   - u7 r5 j( w: B2 h( O1 z6 G
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
    ! I- G0 h& ^2 |; @
13. 391         bic     r0, r0, r5
    
14. 392         orr     r0, r0, r6
    ' a' M6 p, u, t! i8 L
15. 
    0 E$ _# e* R) t
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，
8 m* h0 o6 b. H/ E% Tline 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。)
4 ]% f( c4 n9 s; m- q0 R4 wline 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

老店重新開張~
: c% K% x) x/ ^
花了一些時間把舊的貼文整理到一個blog
8 k" ^" R( ^# h有把一些敘述修改過
. r- n; @% y* k7 N* y2 U5 s希望會比較容易集中閱讀
# `' j: s6 N- h+ z5 j$ H6 y目前因為某些敘述不容易
) ?2 V) A& f' L' n# ?$ a9 i# ~, \* g- Q還是比較偏向筆記式而且用字不夠精確
希望之後能夠慢慢有系統地整理
$ t6 ?9 R8 D# t7 W: }大家有興趣的話
9 W4 k* m  S( }8 ~, L9 U可以來看看和討論
http://gogojesseco.blogspot.com/
" x1 D7 j+ `1 m7 L) ^; N
6 G) z+ B+ ~6 b) q: I以後可能會採取  先在chip123貼新文章
, E2 B* u/ F9 _4 |; X& y9 i慢慢整理到blog上的方式
, N. q1 g( X: U- L. E+ j因為chip123比較方便討論 =)
blog編輯修改起來比較方便
$ K) e5 g8 P* G) ~閱讀也比較集中   大家可以在這邊看到討論
5 V2 {* O9 z& t, z( X然後在blog看到完整的文章 (類似BBS精華區的感覺)

gogojesse

自create page table返回後，我們偷偷看一下接下來的程式碼，
8 I5 _4 @( @, k: Z4 m$ `$ ^9 U: D5 M6 Dline 99, 將switch_data擺到r13
line 101, 將enable_mmu擺到lr
6 u2 a/ A3 ^/ C* ^6 w! _) vline 102, 將pc改跳到r10+PROCINFO_INITFUNC的地方去
9 W$ c0 i6 |: L1 k
* d+ l" n4 q  w- c  V/ @8 @% ~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。
/ r# x, j9 M0 F- S
switch_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

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。
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。
3 B; T/ v+ v7 L: X3 w
+ u- \" G( C% _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
   & a$ y# U( S/ r$ {
2.     280         orr     r6, r7, #(PHYS_OFFSET & 0xff000000)
   
3.     281         .if     (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   * E5 x- z* P  J" q; \
4.     282         orr     r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   1 C0 I4 n5 v, o4 m
5.     283         .endif
   
6.     284         str     r6, [r0]
   
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

最近又被釘上了，開始忙碌，大概沒太多時間貼文∼
1 D. K) K! E) p( i( b
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。

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
   % j8 a2 v- u9 e3 m" R
2.     248         str     r3, [r0, #(KERNEL_START & 0x00f00000) >> 18]!
   
3.     249         ldr     r6, =(KERNEL_END - 1)
   4 }3 ^4 w- A5 O% i" Q/ j' l8 |
4.     250         add     r0, r0, #4
   
5.     251         add     r6, r4, r6, lsr #18
   * R9 N  R" w& i+ H
6.     252 1:      cmp     r0, r6
   
7.     253         add     r3, r3, #1 << 20
   
8.     254         strls   r3, [r0], #4
   " t  l6 m' O) b) |- I- U7 d+ _
9.     255         bls     1b

複製代碼

gogojesse

問題怎麼填值？？
" J: K1 j. J6 ~# ^; u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。

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）
( s9 ?) x4 S+ U; J. g# [) U6 A* B1. [31:20]存著section base addr
+ R5 E% a6 f* L' e, V# Q+ q6 E2. [19:2]存著mmu flags
) @2 `/ }* |8 u- N3. [1:0]用來辨別這是存放哪種page, 有四種:
8 E* Z; ?; X( c% N' `$ W   a. fault (00) b. coarse page (01) c. section (1st level) (10) d. fine page (11)
1 a' E; X/ J  h# q0 G4. pg tabel資料要存放到 [31:14] = translation base, [13:2] = table index , [1:0] = 0b00 的位址

& J7 t6 N" `4 O2 l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.。
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。
5 d: u3 h, R: i& n7 I* g0 \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
   0 }4 X6 c4 S2 C' o3 ^* B
2.     240         orr     r3, r7, r6, lsl #20
   
3.     241         str     r3, [r4, r6, lsl #2]

複製代碼

p.s. 用pc值剛好可以算出當前的page。

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.
$ o, C# @% y6 D, j& _$ [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
   
2.     222         mov     r3, #0
   & R6 ^: |' m; n, s$ T
3.     223         add     r6, r0, #0x4000
   " N0 p+ W3 y  N
4.     224 1:      str     r3, [r0], #4
   1 x$ n( l/ C( ~6 E1 T  Z
5.     225         str     r3, [r0], #4
   
6.     226         str     r3, [r0], #4
   
7.     227         str     r3, [r0], #4
   # o' f4 S3 f/ G+ O' x
8.     228         teq     r0, r6
   , V& m* V( |: Q! |7 ]
9.     229         bne     1b

複製代碼

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

複製代碼

gogojesse

現在，讓我們跳入create_page_tables吧∼
* r! n# W6 B  `3 G4 Uline 216，會跳到pgtbl的macro去執行，其實只是載入一個位址。
) a& u: p2 \+ f1 l. w
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 */
   ; u) d+ t* Z, ], v" H  E
2.      95 textofs-y       := 0x00008000
   
3.     152 TEXT_OFFSET := $(textofs-y)

複製代碼

1. /* include/asm-arm/arch-omap/memory.h */
   
2.      40 #define PHYS_OFFSET             UL(0x10000000)
   ! d7 {4 v6 N' w
3. 
   
4.      /* arch/arm/kernel/head.S */
   
5.      29 #define KERNEL_RAM_VADDR        (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   & c/ ]" N' @. C. [
6.      30 #define KERNEL_RAM_PADDR        (PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   ' `5 a  K4 A% b
7. 
   & T1 W; m8 D7 j; X
8.      47         .macro  pgtbl, rd
   ; k% b) v+ y6 G; Y
9.      48         ldr     \rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000)
   % `7 X7 d9 m" ^% W3 e0 ^
10.      49         .endm
    
11. 
    
12.     216         pgtbl   r4                              @ page table address

複製代碼

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

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。

: o% d2 H1 k9 r" g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。

2 a% S8 ^9 c3 R+ W8 U& h+ O! Y# a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。

p.s. 字數限制好像變短了。   （看來很難寫）

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？』
& X5 G$ D/ _# u9 |8 @
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。

  l$ m) b9 c- t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。
3 \7 q# M; i$ j" l
% u5 ~& Z$ A! g, Q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

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：
. i( e, n1 j1 x0 t7 v& a1 e( F$ v8 I
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。
# v; Z- c! A" v6 L; M3. Makefile & link script - 這兩個功能和撰寫的方式要有簡單的概念。
1 D. W- q6 s2 ~+ R; \+ N5 A* `
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。
2 ]- w# k: P; S
1 y# y- l! I* U, i1 L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

接著我們又返回到head.S，
: k# D2 H; W, aline 87~88也是做check動作。
+ k6 v( C' o% b7 ~8 i$ w  Eline 89跳到vet_atags。在head-common.S

1.      87         movs    r8, r5                          @ invalid machine (r5=0)?
   ) [% m/ h. V6 }, s4 k& {
2.      88         beq     __error_a                       @ yes, error 'a'
   
3.      89         bl      __vet_atags
   ( _! `+ ?  T% e$ b
4.      90         bl      __create_page_tables

複製代碼

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。
line 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。
# |8 r, x& }7 u（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)
   
3. 
   
4.     243         .type   __vet_atags, %function
   # f, J2 i! `9 m( o3 M4 N/ y4 {
5.     244 __vet_atags:
   
6.     245         tst     r2, #0x3                        @ aligned?
   
7.     246         bne     1f
   
8.     247
   1 C0 j& E: D/ {  ^! m" I
9.     248         ldr     r5, [r2, #0]                    @ is first tag ATAG_CORE?
   ( ]8 P0 |( ?+ @
10.     249         subs    r5, r5, #ATAG_CORE_SIZE
    7 {- J6 U5 F  s) v
11.     250         bne     1f
    
12.     251         ldr     r5, [r2, #4]
    . @1 C1 ~( M2 E5 A5 Z* U4 ~& z2 n3 O7 I
13.     252         ldr     r6, =ATAG_CORE
    
14.     253         cmp     r5, r6
    * B, n8 C' k& t1 \0 c5 [0 h, G
15.     254         bne     1f
    9 C- d8 u* n! ^' i
16.     255
    ) |7 a. e9 r0 R& u9 @& u
17.     256         mov     pc, lr                          @ atag pointer is ok
    
18.     257
    
19.     258 1:      mov     r2, #0
    
20.     259         mov     pc, lr

複製代碼

接著我們又跳回去head.S。  
* o; {) H: S  i# B! r; ]/ kline 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

我們從 head-common.S返回之後，接著繼續看。
6 w$ U7 Q2 a. \
2 m7 x( W7 b/ U& e! n% z3 R2 k3 Aline 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。
7 k& Z  i8 [, A# p# qline 85, 就是r5 = 0的話，就跳到__error_p去執行。
% h( P; N$ ?5 a" \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
   / W; M$ N0 n7 b' }$ r
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

複製代碼

看得出來跟proc很像，有個兩個小地方是

$ N# i6 p9 x$ b: [: a1 M1. 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。
/ j" \  D6 H1 d1 a
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 */
   ! p4 S- j3 W' Q
2.      50 #define MACHINE_START(_type,_name)                      \
   6 ^. P& D( _% C2 s. d
3.      51 static const struct machine_desc __mach_desc_##_type    \
   
4.      52  __used                                                 \
   3 V8 ^4 G( u. o$ t1 q% X: N6 {
5.      53  __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {    \
   4 g) A) a0 o6 L7 a
6.      54         .nr             = MACH_TYPE_##_type,            \
   
7.      55         .name           = _name,
   # `3 q& M6 U& F% U
8.      56
   " x( l8 ?9 n5 l' g9 A: `$ e) ?: V
9.      57 #define MACHINE_END                             \
   
10.      58 };
    + Q3 n% {' Y' A* K# B2 o
11.      /* 用法 */
    
12.      93 MACHINE_START(OMAP_GENERIC, "Generic OMAP1510/1610/1710")
    
13.      94         /* Maintainer: Tony Lindgren <tony@atomide.com> */
    ; S  @. \6 q, @0 _5 p/ e" w, E
14.      95         .phys_io        = 0xfff00000,
    2 c& Z) f9 n9 H& R, a% q
15.      96         .io_pg_offst    = ((0xfef00000) >> 18) & 0xfffc,
    
16.      97         .boot_params    = 0x10000100,
    ! S. C5 V7 S  {/ m0 `
17.      98         .map_io         = omap_generic_map_io,
    6 l! h/ o) Z& [7 ~2 G
18.      99         .init_irq       = omap_generic_init_irq,
    
19.     100         .init_machine   = omap_generic_init,
    
20.     101         .timer          = &omap_timer,
    " x) F  \' b$ \4 s1 f; ~9 L
21.     102 MACHINE_END
      ?+ T- A. d) U$ n
22. 
    9 R, v. J# a& _8 C2 f
23.     /* func */
    
24.     204         .type   __lookup_machine_type, %function
    7 I: f3 J' q1 S
25.     205 __lookup_machine_type:
    ) G' h4 ~; B' }( K$ t) ]
26.     206         adr     r3, 3b
    0 T/ E+ Z' l! O3 M& B, d
27.     207         ldmia   r3, {r4, r5, r6}
    8 q. d9 h* h5 f" Q  ^9 M. K
28.     208         sub     r3, r3, r4                      @ get offset between virt&phys
    
29.     209         add     r5, r5, r3                      @ convert virt addresses to
    - B, @0 B: H/ |
30.     210         add     r6, r6, r3                      @ physical address space
    
31.     211 1:      ldr     r3, [r5, #MACHINFO_TYPE]        @ get machine type
    
32.     212         teq     r3, r1                          @ matches loader number?
      R' q" ~; t1 W7 v3 J- n$ L
33.     213         beq     2f                              @ found
    - z. S* h3 Y5 z( G, ^) a
34.     214         add     r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC    @ next machine_desc
    , k) [9 g  _+ |. R
35.     215         cmp     r5, r6
    
36.     216         blo     1b
    6 p4 r+ Q& O. W3 G0 ~9 g
37.     217         mov     r5, #0                          @ unknown machine
    " P) L8 ?3 u# p3 j9 W
38.     218 2:      mov     pc, lr

複製代碼

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。
) K" P( m7 m% k) h* T  P: L0 \
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 /*
   7 e; U1 Q* n/ i. u' l
2.      60  * Kernel startup entry point.
   - f8 H3 f+ D& a) `7 }' w
3.      61  * ---------------------------
   
4.      62  *
   
5.      63  * This is normally called from the decompressor code.  The requirements
   
6.      64  * are: MMU = off, D-cache = off, I-cache = dont care, r0 = 0,
   7 _6 a! L1 H- x4 i) a3 ]$ f1 p) Z7 C
7.      65  * r1 = machine nr, r2 = atags pointer.

複製代碼

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。
/ [7 V* W3 J3 S( C! g6 r9 T# \' tline 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
4 U+ {2 [7 l/ Z. D' b2 e& dline 83, 跳到 __lookup_processor_type 執行（bl會記住返回位址）。

1.      77     .section ".text.head", "ax"
   ; w( q! ~* k2 r- P0 V/ G
2.      78     .type   stext, %function
   
3.      79 ENTRY(stext)
   8 y+ m, Q, v1 }$ \  ~  h
4.      80     msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
   * {2 y2 ^& l7 i  t- \6 r
5.      81                         @ and irqs disabled
   . B6 c0 Q7 M! V* {6 v
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   
7.      83     bl  __lookup_processor_type     @ r5=procinfo r9=cpuid

複製代碼

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。
, O* a+ ]7 |* Rline 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 f+ e6 j5 d8 S- s6 U' ^" Hline 170, 找不到的話，r5的processor id就放0x0.表示unknown id。

0 r" L1 C# N: z__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
   : z  c2 `5 `/ T- n
2.     157 __lookup_processor_type:
   3 A$ d: T% c8 I5 z# z" e
3.     158     adr r3, 3f
   . f: _) O9 u2 ?
4.     159     ldmda   r3, {r5 - r7}
   / s( G! [7 c" q
5.     160     sub r3, r3, r7          @ get offset between virt&phys
   
6.     161     add r5, r5, r3          @ convert virt addresses to
   3 K0 I% a3 O1 D9 _
7.     162     add r6, r6, r3          @ physical address space
   $ e* m8 ?3 ^( d6 u) H
8.     163 1:  ldmia   r5, {r3, r4}            @ value, mask
   ; L2 O4 r1 b" w
9.     164     and r4, r4, r9          @ mask wanted bits
   
10.     165     teq r3, r4
    
11.     166     beq 2f
    , q2 w- U9 M1 z, e" }
12.     167     add r5, r5, #PROC_INFO_SZ       @ sizeof(proc_info_list)
    * r2 A1 O' s" ^: ^! l2 C0 [
13.     168     cmp r5, r6
    
14.     169     blo 1b
    - v: z4 G1 y, M" B
15.     170     mov r5, #0              @ unknown processor
    6 [1 s  M# g2 {" X" M) [
16.     171 2:  mov pc, lr
    
17. 
    0 V2 a2 E. x" N. K0 T7 m, r
18.     187     .long   __proc_info_begin
    1 j/ j$ v, f8 u( p+ s5 u! |
19.     188     .long   __proc_info_end
    
20.     189 3:  .long   .
    
21.     190     .long   __arch_info_begin
    
22.     191     .long   __arch_info_end

複製代碼

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。