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
" Q- u4 p& y3 ]『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？！

) n; v6 b. N3 m& T  @  R$ |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。

! {) ~, w0 B. k* s" e2 l- S- z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)
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 : {
   ! e* P4 u- W6 ~: S
2.      27         _stext = .;
   
3.      28         _sinittext = .;
   " k& {& |! ?" Z! N! n7 ^
4.      29         *(.text.head)
   + n: S9 M  o) ?5 Q9 n7 S
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"
   3 Y3 T6 m/ M. Z( k! p8 l
2.      78     .type   stext, %function
   
3.      79 ENTRY(stext)
   9 u, I" b( ?4 U3 C1 O: A6 A
4.      80     msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
   : _0 b2 V- \: n; l5 E! m
5.      81                         @ and irqs disabled
   
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   ' I0 B5 u7 N. d
7.      83     bl  __lookup_processor_type     @ r5=procinfo r9=cpuid
   9 \3 n) F2 G1 [
8.      84     movs    r10, r5             @ invalid processor (r5=0)?
   : g/ x  q: j; p0 V; w/ p7 g9 l* {
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)?
    , h8 P( n2 I6 T4 L
12.      88     beq __error_a           @ yes, error 'a'
    9 ~5 r3 L/ P) `! v  ?) ?5 u
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。
6 i7 Y6 }# q" h1 b5 y
* e: ]) C" S, K  g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。
. W' W0 ^- g1 t' G
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.
   ) C& a& K/ P% Z! o" H
3.      61  * ---------------------------
   5 Y1 \, [4 `  [. |
4.      62  *
   & y1 E+ D& Q( a- ?
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.      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。
# j2 q# j: E1 b4 |1 E9 ^1 p% nline 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
line 83, 跳到 __lookup_processor_type 執行（bl會記住返回位址）。

1.      77     .section ".text.head", "ax"
   4 l  O9 x3 r+ p3 L4 I7 w+ j
2.      78     .type   stext, %function
   ! E! i4 ~  M/ }5 F
3.      79 ENTRY(stext)
   9 N* J3 H$ c' C0 G9 i' ~& g5 _
4.      80     msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
   ' `1 \" C1 j% e7 s: e
5.      81                         @ and irqs disabled
   
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   ( a1 W) |8 ?- `, k7 h* ]5 F; {
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）
' b3 d7 N+ N" q- l% m- U5 {# _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
- U5 K' J' v. Y' W! aline 170, 找不到的話，r5的processor id就放0x0.表示unknown id。
& K! k1 ?' W9 z, ^& s- f
__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
   / W/ u+ t& d2 j9 L
2.     157 __lookup_processor_type:
   . _: r2 j3 N9 r2 N. b7 V* Q& |2 x4 A5 u
3.     158     adr r3, 3f
   
4.     159     ldmda   r3, {r5 - r7}
   
5.     160     sub r3, r3, r7          @ get offset between virt&phys
   ! }- e' _. ~# G1 _' F: ]3 @
6.     161     add r5, r5, r3          @ convert virt addresses to
   # o2 A4 m: _0 x; h7 m/ F; M5 O
7.     162     add r6, r6, r3          @ physical address space
   
8.     163 1:  ldmia   r5, {r3, r4}            @ value, mask
   3 q7 h$ w$ ^. B4 w7 `  F
9.     164     and r4, r4, r9          @ mask wanted bits
   
10.     165     teq r3, r4
    7 }' @. N% b4 p6 B
11.     166     beq 2f
    + R" v4 q* @0 {5 a  t9 R+ Q1 v7 g
12.     167     add r5, r5, #PROC_INFO_SZ       @ sizeof(proc_info_list)
    8 ~! y6 X  X1 f8 D/ P3 k) u. r
13.     168     cmp r5, r6
    
14.     169     blo 1b
    - _& j! m9 i: }. _1 n7 m' h* H( ^
15.     170     mov r5, #0              @ unknown processor
    
16.     171 2:  mov pc, lr
    
17. 
    
18.     187     .long   __proc_info_begin
    
19.     188     .long   __proc_info_end
    % t. C- ]0 ?) s3 \
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。

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
   ; B) L" M8 H4 @- n9 f
2.      84         movs    r10, r5                         @ invalid processor (r5=0)?
   ! @+ ^  l1 `! d; S4 X
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

0 F' q) v: |% j6 q8 [1. 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。

" B1 L3 N2 h1 b  i2. 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)                      \
     g1 P( t3 F7 d+ u" @6 X
3.      51 static const struct machine_desc __mach_desc_##_type    \
   
4.      52  __used                                                 \
   
5.      53  __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {    \
   
6.      54         .nr             = MACH_TYPE_##_type,            \
   6 n& l. X% l" S/ h
7.      55         .name           = _name,
   # d6 N/ F# X; ^) |- t8 i
8.      56
   
9.      57 #define MACHINE_END                             \
   
10.      58 };
    $ f, r! J- I: _- w; f
11.      /* 用法 */
    $ ~' J: d7 N6 k. o
12.      93 MACHINE_START(OMAP_GENERIC, "Generic OMAP1510/1610/1710")
    
13.      94         /* Maintainer: Tony Lindgren <tony@atomide.com> */
    9 g9 h) i' U$ s, |# o
14.      95         .phys_io        = 0xfff00000,
    
15.      96         .io_pg_offst    = ((0xfef00000) >> 18) & 0xfffc,
    ; A6 s# B( E4 C# A
16.      97         .boot_params    = 0x10000100,
    
17.      98         .map_io         = omap_generic_map_io,
    
18.      99         .init_irq       = omap_generic_init_irq,
      c( q. S+ Q' G+ k& c& F& ]$ q2 c: v
19.     100         .init_machine   = omap_generic_init,
    
20.     101         .timer          = &omap_timer,
    
21.     102 MACHINE_END
    
22. 
    : a: W& ^9 C1 J: C! W
23.     /* func */
    ( G# Z6 r% e" T
24.     204         .type   __lookup_machine_type, %function
    
25.     205 __lookup_machine_type:
    3 }. J) X/ u/ S2 f2 U  p
26.     206         adr     r3, 3b
    
27.     207         ldmia   r3, {r4, r5, r6}
    # H5 j2 N; I5 S
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
    
31.     211 1:      ldr     r3, [r5, #MACHINFO_TYPE]        @ get machine type
    
32.     212         teq     r3, r1                          @ matches loader number?
    
33.     213         beq     2f                              @ found
    , O: b/ j7 p8 x; G
34.     214         add     r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC    @ next machine_desc
    
35.     215         cmp     r5, r6
    
36.     216         blo     1b
    
37.     217         mov     r5, #0                          @ unknown machine
    3 N! r/ X) U% _/ f+ h+ g$ H
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。
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'
   
3.      89         bl      __vet_atags
   
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。
' x! z$ f6 |6 C, E& k; a1 @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。
9 C, {2 Q0 B( E: Z; Tline 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
   ) B, H4 w% @8 x' _2 ]# z2 L( t% x
2.      15 #define ATAG_CORE_SIZE ((2*4 + 3*4) >> 2)
   
3. 
   . p+ i% J) G5 s' e" ]
4.     243         .type   __vet_atags, %function
   
5.     244 __vet_atags:
   
6.     245         tst     r2, #0x3                        @ aligned?
   
7.     246         bne     1f
   ' E- C! P: d( d# j0 Z9 K9 e
8.     247
   
9.     248         ldr     r5, [r2, #0]                    @ is first tag ATAG_CORE?
   ' R- m9 {& ^1 l5 N8 r/ d
10.     249         subs    r5, r5, #ATAG_CORE_SIZE
    
11.     250         bne     1f
    " j0 X) W6 c3 A5 s1 T5 p9 |
12.     251         ldr     r5, [r2, #4]
    , }: I* f5 u3 ~  p/ f+ ^* g- g
13.     252         ldr     r6, =ATAG_CORE
    5 g, @/ E, M* T" U" @; U6 e. l
14.     253         cmp     r5, r6
    
15.     254         bne     1f
    / f0 w" }+ x5 y* D* D# Q' T
16.     255
    
17.     256         mov     pc, lr                          @ atag pointer is ok
    4 Z( t' M, c$ H0 i
18.     257
    
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：

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。
4 l: a0 d' e& E$ x) t! c3. Makefile & link script - 這兩個功能和撰寫的方式要有簡單的概念。

8 R: U( w/ }+ n1 v; 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。
: T' u8 S2 h7 M" f8 X. |) `/ p1 r  {
( x; y# N' b" Q6 w, d' ?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。
) ~* b3 r. d: p$ M
) I8 d5 g' w" S2 D『產生page table到底是要給誰用的？』
+ o2 {2 T) ~( X; `" Y! L  d
3 i- w0 b) ^% B$ G. K# B2 D2 o2 I- {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。
  |2 {& V1 G1 H+ O, E! e- _
. a8 C" Z7 y0 x) e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。
9 P3 y) r8 u& D" R
- a) g' x; C& R. N1 l: 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。
! W9 k8 J# k- L! d8 r- J/ {* g
0 k0 M* c. l7 N/ y' |& l3 V5 a) g7 }$ x6 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。

3 H7 q# O$ [" \2 L5 np.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。
% p- n# S3 S7 y( _
* Y/ F2 r! ?. U  L: 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 */
   
2.      95 textofs-y       := 0x00008000
   
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)
   & |1 q" x& o7 w+ b7 A
3. 
   
4.      /* arch/arm/kernel/head.S */
   - i# [3 n8 N# C8 d
5.      29 #define KERNEL_RAM_VADDR        (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   ( D+ W$ N) Q0 M5 a* d
6.      30 #define KERNEL_RAM_PADDR        (PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   
7. 
   : r- h8 h: {% M& j/ V
8.      47         .macro  pgtbl, rd
   , v1 j4 F: }0 h! p5 |
9.      48         ldr     \rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000)
   " g6 v4 {0 N) N8 A/ [, l9 K( q
10.      49         .endm
    1 M( R/ ^$ a: p2 L" K% g
11. 
      U2 l5 ]( |; n
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.
* l: R) W- |: m4 Mline 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 w8 ^. F% h
2.     222         mov     r3, #0
   
3.     223         add     r6, r0, #0x4000
   6 ?. O, q& K% K/ t1 J
4.     224 1:      str     r3, [r0], #4
   
5.     225         str     r3, [r0], #4
   $ N( X0 b9 N, R* E8 t2 z
6.     226         str     r3, [r0], #4
   
7.     227         str     r3, [r0], #4
   
8.     228         teq     r0, r6
   # V$ {( M( c, N- K7 \
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？？
! f+ G+ Y# ]5 L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。

( P" }1 a. O- T" t6 y9 ]. H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）
! w# i1 O! Y0 z1. [31:20]存著section base addr
2. [19:2]存著mmu flags
! E7 s' f% h* d! p; S) ]# f# u; D3. [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)
  o# Z! B8 I/ T4 ]# T7 j* t$ o4. pg tabel資料要存放到 [31:14] = translation base, [13:2] = table index , [1:0] = 0b00 的位址
# R1 Q( e6 K. J3 Q: t
2 L- s0 `4 n* W) h! u來看code是怎麼設定。

5 s. H5 [% }9 H( k) Z! K1 ]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 w3 p) }6 D( Q- X! e# z# Cline 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。
  H# L) R, M$ a# b+ A所以前面兩個做完，就完成了bit[31:2]。
/ B% v% w. h6 ^: rline 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∼
6 I6 Q3 F4 d% }5 A3 U. ]- g
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。

0 y6 m8 J0 X/ Lline 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]!
   ) Z5 d. b6 A9 z
3.     249         ldr     r6, =(KERNEL_END - 1)
   + Z5 E3 s/ v6 j5 o) W6 U
4.     250         add     r0, r0, #4
   3 N. d$ H3 \$ H" \! M9 F) @
5.     251         add     r6, r4, r6, lsr #18
   
6.     252 1:      cmp     r0, r6
   
7.     253         add     r3, r3, #1 << 20
     q& ]% ]- _/ [' P- W! T
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。
* h2 g: F+ s. g1 N5 Qline 284，最後將結果存到r0所指到的pte。

3 O/ g0 |) }0 f3 m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。

6 _' Z2 U7 g5 @- E+ t4 J) Tline 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
   
2.     280         orr     r6, r7, #(PHYS_OFFSET & 0xff000000)
   
3.     281         .if     (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
4.     282         orr     r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   2 T5 |; u6 a. t4 w3 V
5.     283         .endif
   " C+ U1 ~& u- t# h- B# x6 x
6.     284         str     r6, [r0]
   . P/ w1 G7 p, M/ Z6 Y  |# v
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，
# }' a- ~6 C$ w; A) n6 d. pline 99, 將switch_data擺到r13
; j; e3 s4 B5 S! ?! N: z- `line 101, 將enable_mmu擺到lr
. w) H3 Y' @3 L5 x& f  o; ?line 102, 將pc改跳到r10+PROCINFO_INITFUNC的地方去

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。
% @) i$ @. q8 A! a' z& i
* n( _; G6 _, oswitch_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
   6 {' n$ h& Y! f" Q' v
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   & h9 J8 Q, r, p2 O
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   1 [" F/ {& n$ z$ z% \4 u
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

複製代碼

gogojesse

老店重新開張~

花了一些時間把舊的貼文整理到一個blog
+ Y, d4 q* H) N有把一些敘述修改過
0 _: U2 \; {4 ^2 [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
' b! Q$ h  ~4 y8 u% u希望之後能夠慢慢有系統地整理
) _! z4 {+ d  S% w5 u2 _大家有興趣的話
; [  H) J) s/ ~/ @+ R可以來看看和討論
http://gogojesseco.blogspot.com/

以後可能會採取  先在chip123貼新文章
, D7 ~5 [" ^6 i2 u5 J慢慢整理到blog上的方式
因為chip123比較方便討論 =)
6 ], T" d# B  A) p- {blog編輯修改起來比較方便
0 W, K* V: L# v  O- ^& \1 h閱讀也比較集中   大家可以在這邊看到討論
/ i1 ?0 ^5 y! c: k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
   
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   $ {/ K. h- z, I& _
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   + S' O$ m/ ?8 W+ S7 v" b+ G
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

複製代碼

line 99, 將__switch_data放到r13。(留作之後用)
, t3 ]& e, ]; d; 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
   4 _! d# E7 E/ i$ M" C
2. 374 __arm926_setup:
   ' N& A8 H3 {3 n: H
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
   0 G- G, d# B1 V- @
8. 380 #endif
   
9. 
   " j' n( \8 F8 n7 U/ b5 f& D* D
10. 388         adr     r5, arm926_crval
    . t% c0 J# A  ^6 w3 S
11. 389         ldmia   r5, {r5, r6}
    
12. 390         mrc     p15, 0, r0, c1, c0              @ get control register v4
    
13. 391         bic     r0, r0, r5
    , S: ^4 }+ ]9 V3 ^
14. 392         orr     r0, r0, r6
    
15. 
    
16. 396         mov     pc, lr
    / P5 n; c* x' I$ o! 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，
, j1 l) X4 h% R4 q) U) b2 \& vline 375~380, 主要就是invalidate CPU的I&D cache和清空write buffer。
$ U8 c" `  J9 x: u" M" A1 ]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) | \
   2 I- Q  I5 I4 Y: u
4. 172                       domain_val(DOMAIN_TABLE, DOMAIN_MANAGER) | \
   
5. 173                       domain_val(DOMAIN_IO, DOMAIN_CLIENT))
   2 U5 B: H3 S6 S2 r
6. 174         mcr     p15, 0, r5, c3, c0, 0           @ load domain access register
   ! [- v& b/ K6 D
7. 175         mcr     p15, 0, r4, c2, c0, 0           @ load page table pointer
   ' Y5 h/ N% N- K( P6 C
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
   : s' J7 S+ W! M9 u$ K3 t; m
3. 193         mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 0           @ write control reg
   , P9 S# C5 n, d3 a, ^6 Q
4. 194         mrc     p15, 0, r3, c0, c0, 0           @ read id reg
   - ]! O/ w+ `' ]$ I( |$ P
5. 195         mov     r3, r3
   $ ~# B' N6 Z+ F, g2 P& C9 b
6. 196         mov     r3, r3
   
7. 197         mov     pc, r13
   & d' O2 j! a5 L  R, @. K
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:
   - T8 f- L# J, z2 v+ f, M/ t0 }
2. 19         .long   __mmap_switched
   + ^4 |6 ~2 \9 c; E8 I1 f& c3 j
3. 20         .long   __data_loc                      @ r4
   2 d. R& i; x5 d1 R
4. 21         .long   _data                           @ r5
   
5. 22         .long   __bss_start                     @ r6
   1 V, Y5 J# _9 C
6. 23         .long   _end                            @ r7
   
7. 24         .long   processor_id                    @ r4
   
8. 25         .long   __machine_arch_type             @ r5
   & y% E5 n& _* E4 l
9. 26         .long   __atags_pointer                 @ r6
   # ?: W+ ]. o' ~: Q; |
10. 27         .long   cr_alignment                    @ r7
    2 F7 C1 i# q7 m$ M2 R
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:
   
2. 40         adr     r3, __switch_data + 4
   * u* a  K& G7 B" L
3. 41
   
4. 42         ldmia   r3!, {r4, r5, r6, r7}
   
5. 43         cmp     r4, r5                          @ Copy data segment if needed
   
6. 44 1:      cmpne   r5, r6
   
7. 45         ldrne   fp, [r4], #4
   / B& ?/ ]1 F) [5 B6 [8 d; t
8. 46         strne   fp, [r5], #4
   7 T1 y! i; f  d" ]( v- z9 a
9. 47         bne     1b
   + u4 n7 V+ J% i, K1 Q$ f
10. 48
    
11. 49         mov     fp, #0                          @ Clear BSS (and zero fp)
    
12. 50 1:      cmp     r6, r7
    
13. 51         strcc   fp, [r6],#4
    / ?2 t  i6 M1 C3 B& b0 K: X9 W
14. 52         bcc     1b
    
15. 53
    ) ]4 X% z. W7 |: h8 J& x& {
16. 54         ldmia   r3, {r4, r5, r6, r7, sp}
    
17. 55         str     r9, [r4]                        @ Save processor ID
    7 \' h7 z. q- B( j2 S
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
    ; k+ U. L8 C: A9 y6 I* [
21. 59         stmia   r7, {r0, r4}                    @ Save control register values
    
22. 60         b       start_kernel
    7 |0 c4 z* r$ m' G* b8 D" U" X/ l- ]
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。
+ H2 Q; D8 A5 e! H9 m4 k8 Lline 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
line 43~47，看看data segment是不是需要搬動。
. l. g3 J% [: s0 ?6 |' I+ `line 49~52, clear BSS。
1 ^, B/ w/ Q+ x2 b; c
# Z, r+ X/ P, N! r3 e由於linux kernel在進入start_kernel前有一些前提必須要滿足：
; p. q4 }2 ^' |7 [* y* X9 z8 d2 er0  = cp#15 control register
/ c) |. b9 N" p1 e6 N& t# yr1  = machine ID
* |0 c. H1 V; j& X3 b. Hr2  = atags pointer
; d0 I' J3 h8 r7 S( v/ n! zr9  = processor ID
+ W5 f5 {, b# Q  j1 g. R
1 ~. B, o" x2 j" |# Z, I6 F5 X所以line 54~59就是在做這些準備。
& E' \1 A4 k0 a" A$ F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)
2 a" f; O: ]7 g; p; W3 ]$ d5 Y# ?
, f  y# p3 g& ^# Z# W" Y) |- D看一下start_kernel()在./init/main.c，終於跳出architecture specific的目錄，表示
我們真正的開始linux kernel的初始化。
/ H, A( Z* a# O* i: C8 j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。