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
1 g+ {* j0 a" H8 x, E3 i  l『mov pc, r4』
: y5 a2 X. U6 Kr4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？！
8 n% m8 n5 C4 p9 p* e( Q
# A' R  G8 @2 K! e+ a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。

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)
* g1 {8 F& v- D9 V( u  ~& Y% 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。
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 = .;
   ) ?1 n# [4 K* b4 W, j. V6 B
3.      28         _sinittext = .;
   1 _4 U4 e) C" }
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"
   
2.      78     .type   stext, %function
   2 y9 |% j' b2 W* a/ I
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- l7 z6 h0 _7 x
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   
7.      83     bl  __lookup_processor_type     @ r5=procinfo r9=cpuid
   
8.      84     movs    r10, r5             @ invalid processor (r5=0)?
   8 t9 |; o; f2 ^% o  l
9.      85     beq __error_p           @ yes, error 'p'
   6 U  j" J6 r# B9 C; @7 v. W
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'
    
13.      89     bl  __vet_atags
    1 Q* g* \' q% Q+ n0 E9 |. q  ]  j
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。
' ^1 q% Z" K, w5 F; t* t2 H
. J# r- J  X$ o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。

  D3 V, ^0 l8 Z6 g7 k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 N+ ^5 j( O
2.      60  * Kernel startup entry point.
   
3.      61  * ---------------------------
     o+ z  Q) T. [0 _; `! a
4.      62  *
   
5.      63  * This is normally called from the decompressor code.  The requirements
   9 T3 d; W* l+ I; {" V7 A5 U* x
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。
  A1 M) v, c7 S2 `9 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
2 R, S! Y0 t6 y. k' B9 }$ Fline 83, 跳到 __lookup_processor_type 執行（bl會記住返回位址）。

1.      77     .section ".text.head", "ax"
   ! r1 p0 ^  i+ u0 G; S) a; V
2.      78     .type   stext, %function
   
3.      79 ENTRY(stext)
   # i- H* d# C7 F$ S" V/ O
4.      80     msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
   
5.      81                         @ and irqs disabled
   3 Q; k5 J: |$ M
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 h9 F; m* r, M# N9 ]line 158, (3f表示forware往前找叫做『3』label)將label 3的address放到r3。
) ~- f- H" k! c9 vline 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）
* v: Q8 e+ o# p( F( Bline 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。
2 A4 Q& G7 d3 i+ lline 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
7 y* @5 C) c: E7 s4 uline 170, 找不到的話，r5的processor id就放0x0.表示unknown id。

__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 ~9 `' k8 P' j0 g+ _5 u. i
2.     157 __lookup_processor_type:
   
3.     158     adr r3, 3f
   : b; K7 w' |. f1 r9 @
4.     159     ldmda   r3, {r5 - r7}
   ' m) U8 T: u5 e$ J
5.     160     sub r3, r3, r7          @ get offset between virt&phys
   * h. d0 y0 d+ J* A3 k+ }
6.     161     add r5, r5, r3          @ convert virt addresses to
   ; K* T' W( A0 {5 x
7.     162     add r6, r6, r3          @ physical address space
     f7 C" B, }+ l! j
8.     163 1:  ldmia   r5, {r3, r4}            @ value, mask
   2 F" S; N% S( f) o7 J; C
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
    ' I% @; \) {" I+ \* \
14.     169     blo 1b
    & H$ m! I; S: o9 _  l
15.     170     mov r5, #0              @ unknown processor
    8 h7 L& m& d* G( I7 R
16.     171 2:  mov pc, lr
    
17. 
    
18.     187     .long   __proc_info_begin
    
19.     188     .long   __proc_info_end
    ! n& z3 }1 R* K- p& o; o4 c& g
20.     189 3:  .long   .
    1 U4 B- Z6 v3 X& c% v9 o
21.     190     .long   __arch_info_begin
    
22.     191     .long   __arch_info_end

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

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我們從 head-common.S返回之後，接著繼續看。
9 N5 }, Y( {( v% d7 A4 f
5 j7 L- {8 ]/ I7 C: K: w" ^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。
9 I) `6 y: l! E( xline 85, 就是r5 = 0的話，就跳到__error_p去執行。
: e( w* Q$ ^  L2 e* c3 Tline 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
   8 G6 m7 R) k" ^
2.      84         movs    r10, r5                         @ invalid processor (r5=0)?
   5 n9 i0 u* S, S+ y
3.      85         beq     __error_p                       @ yes, error 'p'
   ! U3 o' y) ^& k. l  @) ?- E7 b
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
& ^* n. ~0 k6 B# I- f
8 a; B8 B. `4 T* `% G1. 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。

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 */
   
2.      50 #define MACHINE_START(_type,_name)                      \
   
3.      51 static const struct machine_desc __mach_desc_##_type    \
   
4.      52  __used                                                 \
   7 t/ E. D' n3 l. e* C. H9 C
5.      53  __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {    \
   " M* ]- o! O* I. ~5 _; i1 _& D. u
6.      54         .nr             = MACH_TYPE_##_type,            \
   1 ~  Y% _2 ^% p
7.      55         .name           = _name,
   ' f7 i& ?* n/ f& x& E* O
8.      56
   
9.      57 #define MACHINE_END                             \
   
10.      58 };
    
11.      /* 用法 */
    
12.      93 MACHINE_START(OMAP_GENERIC, "Generic OMAP1510/1610/1710")
    
13.      94         /* Maintainer: Tony Lindgren <tony@atomide.com> */
    ( ~+ N% ?/ k& N! t; i# y% O/ w
14.      95         .phys_io        = 0xfff00000,
    
15.      96         .io_pg_offst    = ((0xfef00000) >> 18) & 0xfffc,
    8 h3 m3 U) u+ q, c
16.      97         .boot_params    = 0x10000100,
    ) |% K% V" e, X
17.      98         .map_io         = omap_generic_map_io,
    , I# ^2 O/ D: K. O: T/ e& G
18.      99         .init_irq       = omap_generic_init_irq,
    8 s$ ]& {! I/ v# u+ y
19.     100         .init_machine   = omap_generic_init,
    " z1 Z3 \* L& {. _. U# [! H
20.     101         .timer          = &omap_timer,
    
21.     102 MACHINE_END
    " c' x+ m( z+ V0 L) o2 }- k
22. 
    
23.     /* func */
    $ C9 u8 s' x2 O" \/ _0 r
24.     204         .type   __lookup_machine_type, %function
    ) V- H0 A1 d9 l
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
    
30.     210         add     r6, r6, r3                      @ physical address space
    % O9 @8 Q* g# v: D4 N6 `
31.     211 1:      ldr     r3, [r5, #MACHINFO_TYPE]        @ get machine type
    " J  W$ \. N8 f$ ~( L
32.     212         teq     r3, r1                          @ matches loader number?
    : n* a! X, x: ]. S, w  C9 S. O# H
33.     213         beq     2f                              @ found
    
34.     214         add     r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC    @ next machine_desc
    
35.     215         cmp     r5, r6
    
36.     216         blo     1b
    3 \% J. I% l! ?
37.     217         mov     r5, #0                          @ unknown machine
    5 F9 S: d' S1 b* |
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'
   8 E+ J0 Q* g* ~* }1 v: A
3.      89         bl      __vet_atags
   % l3 v1 j, {9 \4 ^- j9 b
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。
( `% V  W0 a& ^3 K' G' u6 _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。
2 C& w) d) q- `% s1 Hline 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
   6 t( f! Q- ~+ c* m5 L  w; H6 P4 }
2.      15 #define ATAG_CORE_SIZE ((2*4 + 3*4) >> 2)
   
3. 
   9 ~/ `/ {! w0 f5 t7 J8 Y
4.     243         .type   __vet_atags, %function
   ; x9 ~8 q  ^9 R0 G+ t% S/ P
5.     244 __vet_atags:
   & N, s4 D& ]! }) {9 `
6.     245         tst     r2, #0x3                        @ aligned?
   
7.     246         bne     1f
   
8.     247
   
9.     248         ldr     r5, [r2, #0]                    @ is first tag ATAG_CORE?
   ' o8 ?0 D8 t& U3 {) v# l1 C
10.     249         subs    r5, r5, #ATAG_CORE_SIZE
    . S9 V) H7 O9 J+ U
11.     250         bne     1f
    8 T, x. W! R" ~; i% z8 S
12.     251         ldr     r5, [r2, #4]
    
13.     252         ldr     r6, =ATAG_CORE
    8 y# }- d6 J. N) J
14.     253         cmp     r5, r6
    
15.     254         bne     1f
    $ }- {. Y( C* z6 K# e8 w
16.     255
    8 q' e1 a8 _5 L8 Y2 |/ @
17.     256         mov     pc, lr                          @ atag pointer is ok
    
18.     257
    
19.     258 1:      mov     r2, #0
    ) u/ B. r$ H, r$ Z  \* G, Q6 G
20.     259         mov     pc, lr

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接著我們又跳回去head.S。  
/ u! l& d9 G. Sline 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：
3 z0 n5 N: d2 c( E
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。
) F/ P' _0 A+ c  ^& i1 M  ]2 w& }7 N2. compiler & assembler & linker - toolchain工具做的事情和功能，大致的流程和功能要有概念。
3. Makefile & link script - 這兩個功能和撰寫的方式要有簡單的概念。
6 l4 }( `+ c, U
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。
. ^( a( J3 l2 L" A; F
. J1 ^: W) w; S* M8 j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。
& I0 N. b$ z$ W8 H& Y9 C
『產生page table到底是要給誰用的？』

" n; T3 q; p7 F0 t) d3 W3 k- N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。

' t7 c1 k1 [+ |; `1 m# g: {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。

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。

  e' Q& g2 K2 @( E  w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。
. h* w0 P6 \- `) [- {
p.s. 字數限制好像變短了。   （看來很難寫）

gogojesse

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

gogojesse

現在，讓我們跳入create_page_tables吧∼
0 q) C* @4 j2 v6 ^8 `line 216，會跳到pgtbl的macro去執行，其實只是載入一個位址。
" a$ d& a2 Z9 Y
# g6 h1 H- j. `" Q' X/ S  s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
   9 v, G# O% y$ `1 H) W7 q
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. 
   
4.      /* arch/arm/kernel/head.S */
   
5.      29 #define KERNEL_RAM_VADDR        (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   
6.      30 #define KERNEL_RAM_PADDR        (PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   
7. 
   & L  I. X. L# Q
8.      47         .macro  pgtbl, rd
   
9.      48         ldr     \rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000)
   + @5 T" o7 f, y. ~; F- I2 Z2 \8 ~
10.      49         .endm
    " z, F' d; |* f1 P
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.
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
   * @$ a# [( ^7 h8 c4 V' H; ~
3.     223         add     r6, r0, #0x4000
   
4.     224 1:      str     r3, [r0], #4
   
5.     225         str     r3, [r0], #4
   
6.     226         str     r3, [r0], #4
   8 T/ J) B7 _+ Y4 S4 P. q
7.     227         str     r3, [r0], #4
   
8.     228         teq     r0, r6
   7 v0 n) L5 q9 F- W' |
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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問題怎麼填值？？
6 }2 P! K$ ]1 I( \! o2 o( i拿出ARM的手冊，翻到MMU章節。一看發現page有很多種，還得分first level和second level。
3 D+ |* h$ O( ?& R4 \& p7 n! i
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）
- `% l8 I6 B) C: Q* M1. [31:20]存著section base addr
2. [19:2]存著mmu flags
+ s. I3 y' g9 I9 V( @  L8 Q) ]0 K3. [1:0]用來辨別這是存放哪種page, 有四種:
$ T% L: K8 O8 P9 [   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

: U% b' s8 G9 q  \4 N) y來看code是怎麼設定。

1 P0 L& B- W3 Sline 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。
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
   $ F, b& L0 f6 G" v. T3 G2 I4 T9 j4 E  g
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∼
3 g1 |  l: V" r  B8 W
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。
1 ^: o; |# [* x' i$ y& D! d$ m" p
( U; g9 \* V; Z4 S( l# k, @1 Rline 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
   ' C7 `0 Q0 h6 @4 V
2.     248         str     r3, [r0, #(KERNEL_START & 0x00f00000) >> 18]!
   
3.     249         ldr     r6, =(KERNEL_END - 1)
   
4.     250         add     r0, r0, #4
   . K9 r, }3 ?/ c! a; H  K' J
5.     251         add     r6, r4, r6, lsr #18
   
6.     252 1:      cmp     r0, r6
   ( S/ u' K( C4 _" n
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。
+ n; O; g: [6 ]/ \: e6 Oline 284，最後將結果存到r0所指到的pte。
2 \! F5 W$ G  Z+ n  l) u) g
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。

! e9 I- A# w% O! n2 S0 a# |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
   8 [1 v$ O1 @( `& v  a1 L
2.     280         orr     r6, r7, #(PHYS_OFFSET & 0xff000000)
   - S1 {  I5 y# \; E, p  c8 [
3.     281         .if     (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
4.     282         orr     r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   % \4 `8 D( b4 a5 Y) H
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，
line 99, 將switch_data擺到r13
! D& `& ?  p; J; G4 wline 101, 將enable_mmu擺到lr
4 E3 Y' j, i4 F. [3 n% ^2 |7 |line 102, 將pc改跳到r10+PROCINFO_INITFUNC的地方去

4 y: T. I+ F. w  A8 P8 O4 ]' e6 {其實這邊有點玄機，switch_data和enable_mmu都是function，結果位址都只是被存起來，並沒有直接跳過去執行。其實，雖然程式碼是順序switch_data->enable_mmu->proc init function，但其實執行的順序會是 procinfo 的init function-> enable_mmu -> switch_data 。至於，為什麼要這樣寫的原因？就不清楚了，也還沒仔細推敲過。
* {0 ]$ J8 e' G$ }: u$ A$ _9 u( p
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
   : F9 G) T( Y. F; Q3 q
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   % {9 T# `' {. t5 j% j) a
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

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gogojesse

老店重新開張~
" ~' X8 _5 _" Q# f
花了一些時間把舊的貼文整理到一個blog
7 \# `0 ]' `8 j+ F有把一些敘述修改過
希望會比較容易集中閱讀
% A1 m. F) s5 s3 X2 z* O" P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
希望之後能夠慢慢有系統地整理
大家有興趣的話
9 A* M8 c6 F" e可以來看看和討論
7 I7 b: a0 u6 w, h4 h  w0 ?http://gogojesseco.blogspot.com/

以後可能會採取  先在chip123貼新文章
) d0 H% N; g+ p& E2 D% d慢慢整理到blog上的方式
因為chip123比較方便討論 =)
; E3 i9 T# o  g/ Y/ M( Y  J8 u0 X. sblog編輯修改起來比較方便
' Q0 v5 `* v4 I" e$ g3 T$ q閱讀也比較集中   大家可以在這邊看到討論
# S' R: {  h& |( {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
5 s' O8 y2 h& R: n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
   9 z0 x5 v1 r! c$ j4 I% @2 g
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   3 s" X6 k% z2 G) P% m
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)
line 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
   ; R, w. s6 l/ F3 L* g$ v8 o3 f0 f" {# M
2. 374 __arm926_setup:
   1 }8 v+ s9 s$ q- Y* ?
3. 375         mov     r0, #0
   3 Y. b# f8 N  i) h0 d9 g" D
4. 376         mcr     p15, 0, r0, c7, c7              @ invalidate I,D caches on v4
   
5. 377         mcr     p15, 0, r0, c7, c10, 4          @ drain write buffer on v4
   
6. 378 #ifdef CONFIG_MMU
   
7. 379         mcr     p15, 0, r0, c8, c7              @ invalidate I,D TLBs on v4
   
8. 380 #endif
   7 s" N" C# K( e& g& o
9. 
   9 d- ~8 H. ^6 k% `$ E
10. 388         adr     r5, arm926_crval
    % A6 e, X; e- k  V: r
11. 389         ldmia   r5, {r5, r6}
    * L1 y% S) {! \# V6 P5 m. T
12. 390         mrc     p15, 0, r0, c1, c0              @ get control register v4
    5 M8 Q: @6 l& ]1 ?8 U
13. 391         bic     r0, r0, r5
    
14. 392         orr     r0, r0, r6
    3 H8 s, h& ?2 s% q
15. 
    9 \+ H9 Q' M. }: w
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 T/ z( c8 x& [1 i. ]line 375~380, 主要就是invalidate CPU的I&D cache和清空write buffer。
+ T+ q" F3 ]2 Bline 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。)
( l' ]2 Z$ w7 Z: a2 `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 ?3 e( @; D6 V, A
2. 170         mov     r5, #(domain_val(DOMAIN_USER, DOMAIN_MANAGER) | \
   # t/ t4 b( g; X7 {
3. 171                       domain_val(DOMAIN_KERNEL, DOMAIN_MANAGER) | \
   
4. 172                       domain_val(DOMAIN_TABLE, DOMAIN_MANAGER) | \
   
5. 173                       domain_val(DOMAIN_IO, DOMAIN_CLIENT))
   
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
   ( b5 Z( h! p* J5 W) y8 q* ?$ L+ q3 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
   
3. 193         mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 0           @ write control reg
   " L7 z. {5 a# H, }& T. r
4. 194         mrc     p15, 0, r3, c0, c0, 0           @ read id reg
   
5. 195         mov     r3, r3
   
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:
   5 f/ G$ J8 R4 f! c0 Q$ E7 V8 b* W
2. 19         .long   __mmap_switched
   
3. 20         .long   __data_loc                      @ r4
   ' v& K2 v8 I: H5 T
4. 21         .long   _data                           @ r5
   
5. 22         .long   __bss_start                     @ r6
   
6. 23         .long   _end                            @ r7
   + g' L6 c6 s6 [
7. 24         .long   processor_id                    @ r4
   4 y6 r  \6 \$ T- k
8. 25         .long   __machine_arch_type             @ r5
   
9. 26         .long   __atags_pointer                 @ r6
   # o0 ^/ x' H: ], P
10. 27         .long   cr_alignment                    @ r7
    
11. 28         .long   init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp
    ( @1 F$ C* P2 ^7 A  ~/ |
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
   * f/ ?6 I6 ^. x; X- a" f  h$ ~/ G0 G9 z' `
3. 41
   ! j9 b  s- H3 D/ Y/ S5 o
4. 42         ldmia   r3!, {r4, r5, r6, r7}
   
5. 43         cmp     r4, r5                          @ Copy data segment if needed
   3 [) [  |1 F6 I5 L
6. 44 1:      cmpne   r5, r6
   
7. 45         ldrne   fp, [r4], #4
   & i# B" q, u3 `5 x
8. 46         strne   fp, [r5], #4
   
9. 47         bne     1b
   2 B! w, u- {3 v; s4 p  b
10. 48
    - K5 P9 j5 n* U1 O) }' m
11. 49         mov     fp, #0                          @ Clear BSS (and zero fp)
    - g' s2 w8 N3 \: G  h
12. 50 1:      cmp     r6, r7
    ' f" _! j+ `3 y8 f
13. 51         strcc   fp, [r6],#4
    
14. 52         bcc     1b
    1 y  k. {/ y* Y  D4 w( b0 ~
15. 53
    
16. 54         ldmia   r3, {r4, r5, r6, r7, sp}
    
17. 55         str     r9, [r4]                        @ Save processor ID
    
18. 56         str     r1, [r5]                        @ Save machine type
    + [( d( d6 J' }
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
    5 a/ p( ^( g; G( Y. G
22. 60         b       start_kernel
    1 i- h0 ]+ P& p5 m; n
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。
* p/ ~  m7 b+ |$ [line 39，將__data_loc的addr放到r3
5 S! H3 Y" B3 `/ ~line 42,從r3的位址，連續讀取四筆資料到r4, r5, r6, r7
: o5 W: W" I% o. D& g. P  Oline 43~47，看看data segment是不是需要搬動。
line 49~52, clear BSS。

由於linux kernel在進入start_kernel前有一些前提必須要滿足：
  ^# S$ }( j. n; Or0  = cp#15 control register
r1  = machine ID
r2  = atags pointer
& i% M5 d8 c8 r9 m; Pr9  = processor ID
6 n. f" _! _( y! w: t2 F  \
所以line 54~59就是在做這些準備。
8 ~1 @- U  Z- ~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
7 r1 a4 _+ h3 ]0 ^) [9 ^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。
9 y: i& Y% G0 y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。