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
『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？！

2 _, m% K# H7 H3 F# v( ?% c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

複製代碼

打開./arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S (會用來產生vmlinux.lds)
: \4 S8 ^- ^+ I) ^; f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。
" d: E0 \( N: g1 w1 y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 J: A' |" G9 c
2.      27         _stext = .;
   
3.      28         _sinittext = .;
     A4 t6 J# P+ ?' S
4.      29         *(.text.head)
   ' k- \9 R* I+ w* A2 Z; {- Z$ @
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
   7 G! P" Z7 w5 I* A
3.      79 ENTRY(stext)
   0 A, }. K1 I5 O7 D; a
4.      80     msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
   : f, ]& j% I5 o6 O2 M4 [3 |
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
   
8.      84     movs    r10, r5             @ invalid processor (r5=0)?
   
9.      85     beq __error_p           @ yes, error 'p'
   ( v( t. E6 ~/ G. v" i8 e
10.      86     bl  __lookup_machine_type       @ r5=machinfo
    
11.      87     movs    r8, r5              @ invalid machine (r5=0)?
    # u, H# W' n4 {- T4 S3 @& A- G
12.      88     beq __error_a           @ yes, error 'a'
    4 Y0 h0 W, v: K' A4 N1 q2 t
13.      89     bl  __vet_atags
    % s% [( H. Y0 G$ s3 b+ h
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。

* b4 l; p; R0 v9 @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。

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 /*
   , c) G9 M0 d8 x% A- v
2.      60  * Kernel startup entry point.
   
3.      61  * ---------------------------
   
4.      62  *
   , C, V+ @( p9 W5 X& {0 j2 F( p
5.      63  * This is normally called from the decompressor code.  The requirements
   , `2 c+ s2 ~  L9 {& I' W3 Y0 m/ i2 Q
6.      64  * are: MMU = off, D-cache = off, I-cache = dont care, r0 = 0,
   
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 z. y. A0 \* i1 C1 n  U/ |line 80, msr指令會把, operand的值搬到cpsr_c裡面。這是用來確保arm cpu目前是跑在svc mode, irq&fiq都disable。（設成0x1就會disable，definition在./include/asm-arm/ptrace.h)
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"
   ; g- {, S% ?: B% w) p6 I3 ]
2.      78     .type   stext, %function
   
3.      79 ENTRY(stext)
   " [& H" k3 D4 o3 f. D( }) \
4.      80     msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
   . y: k3 d8 a1 i, ]; e% r- `
5.      81                         @ and irqs disabled
   
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   ' C, f7 _, L  ]' K* J7 p
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，
) {6 f3 l7 i7 P4 ^line 158, (3f表示forware往前找叫做『3』label)將label 3的address放到r3。
& z+ F; g0 m$ V- Nline 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）
, y" c9 ?6 x( _2 j: {0 fline 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
$ {- J/ B( t4 ^' C, B5 \7 wline 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.     157 __lookup_processor_type:
   
3.     158     adr r3, 3f
   " `( E8 X7 f# k- X6 M& a; b
4.     159     ldmda   r3, {r5 - r7}
   & x8 C  x; S) ?2 m! c5 }8 f  m
5.     160     sub r3, r3, r7          @ get offset between virt&phys
   . L7 i# T4 t7 l7 S. z
6.     161     add r5, r5, r3          @ convert virt addresses to
   
7.     162     add r6, r6, r3          @ physical address space
   
8.     163 1:  ldmia   r5, {r3, r4}            @ value, mask
   7 \, `5 m; ^  D& ?$ d) v5 e) k6 ^
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)
    2 b( y$ b/ _6 V2 P
13.     168     cmp r5, r6
    
14.     169     blo 1b
    
15.     170     mov r5, #0              @ unknown processor
    1 L/ G& @5 U( _
16.     171 2:  mov pc, lr
    
17. 
    0 o# `5 x8 X; C$ F2 w6 H6 q9 w0 j4 v
18.     187     .long   __proc_info_begin
    
19.     188     .long   __proc_info_end
    
20.     189 3:  .long   .
    : Q) w( v$ v: k7 k( D' x5 y% E
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。

gogojesse

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。
* c( D$ `% w4 h6 {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 e2 l2 r" S* Q! K$ Q* M! G3 R8 \8 J
2.      84         movs    r10, r5                         @ invalid processor (r5=0)?
   
3.      85         beq     __error_p                       @ yes, error 'p'
   9 d# L; j1 \+ ~0 v" p& V" T
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
3 \0 w8 X, o, \
2 ?- k, K* g# z7 S( {# I% R6 h" y! q1. 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。
, ?- p. r! }9 X7 e/ Q. m
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                                                 \
   / l# q4 m6 j# n9 e( e
5.      53  __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {    \
   , i% E3 m/ ]  J# c1 \" }
6.      54         .nr             = MACH_TYPE_##_type,            \
   
7.      55         .name           = _name,
   
8.      56
   
9.      57 #define MACHINE_END                             \
   
10.      58 };
    
11.      /* 用法 */
    ; a7 w* y0 [) r$ D' x+ a
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,
    6 s7 m0 T+ q( M$ V
16.      97         .boot_params    = 0x10000100,
    ; K. h5 Q$ W% B7 H/ }, t+ n
17.      98         .map_io         = omap_generic_map_io,
    
18.      99         .init_irq       = omap_generic_init_irq,
    
19.     100         .init_machine   = omap_generic_init,
    + ?& m2 r! ^# z$ H3 H1 C: u; c
20.     101         .timer          = &omap_timer,
    / ~1 O+ a% q2 x
21.     102 MACHINE_END
    
22. 
    4 p+ @2 n4 E% C3 h2 \
23.     /* func */
    & [8 [/ G( n3 E% I: `
24.     204         .type   __lookup_machine_type, %function
    % s) H: [! h- v8 F7 n  o
25.     205 __lookup_machine_type:
    $ f, D. v2 w6 ?) g+ ?
26.     206         adr     r3, 3b
    
27.     207         ldmia   r3, {r4, r5, r6}
    6 a: J' |& U) ^) ]' e' ~4 Z; d
28.     208         sub     r3, r3, r4                      @ get offset between virt&phys
    
29.     209         add     r5, r5, r3                      @ convert virt addresses to
    1 m" d; R. L5 A' f) B5 ?7 I
30.     210         add     r6, r6, r3                      @ physical address space
    
31.     211 1:      ldr     r3, [r5, #MACHINFO_TYPE]        @ get machine type
    , Y' ~  t6 ]7 V6 p
32.     212         teq     r3, r1                          @ matches loader number?
    
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
    
37.     217         mov     r5, #0                          @ unknown machine
    
38.     218 2:      mov     pc, lr

複製代碼

gogojesse

接著我們又返回到head.S，
5 h0 E) \* n2 d2 `+ D2 T+ f' C& Nline 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)?
   ) ?+ |, \) D3 n6 m
2.      88         beq     __error_a                       @ yes, error 'a'
   1 I8 p8 p2 _! f# n2 M8 h
3.      89         bl      __vet_atags
   ( F: w+ P/ ?, U8 k. h
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。
. Y* }9 u' I5 b+ i; mline 246, 沒有aligned跳到label 1，就返回了。
3 J0 X, G4 Z0 g7 G- w1 @  {( }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。
（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
   ( y: N$ \  ~% d8 ~5 a; ?- z  J. ^# q
5.     244 __vet_atags:
   
6.     245         tst     r2, #0x3                        @ aligned?
   % r& R3 ?8 o) d# }8 _5 y4 n
7.     246         bne     1f
   
8.     247
   5 r, W" W* F# w  u1 G
9.     248         ldr     r5, [r2, #0]                    @ is first tag ATAG_CORE?
   ' N- g4 `# q/ o' j" `2 v( Z0 E+ ]
10.     249         subs    r5, r5, #ATAG_CORE_SIZE
    ! \5 c8 x4 U; z8 B1 [
11.     250         bne     1f
    
12.     251         ldr     r5, [r2, #4]
    * r5 J1 t7 ^0 d
13.     252         ldr     r6, =ATAG_CORE
    
14.     253         cmp     r5, r6
    
15.     254         bne     1f
    
16.     255
    
17.     256         mov     pc, lr                          @ atag pointer is ok
    , o$ R  F+ e; u. A! I
18.     257
    2 v" s! p( ~4 l; @; d4 W7 _2 t
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。  
7 h5 L$ ?- e/ f( _% @4 v$ G' bline 90，又跳到 __create_page_tables。   (很累人....應該會死不少腦細胞）
$ ^/ l( ^, j1 u: D$ |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：
: i9 Z0 J0 _2 e+ X; y3 v1 x
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。
' \! H$ G- V8 [* a; S9 C& ?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。
3. Makefile & link script - 這兩個功能和撰寫的方式要有簡單的概念。
) R7 l& h. g  z' w3 V
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。

# H, e  [$ f( j3 L3 U$ H( G& u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。
6 a$ g  a% g! D' y# p
  ~- U6 e/ ~  c0 ?『產生page table到底是要給誰用的？』

- R7 ?, N( l$ d0 s; B/ B# x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。

  A) \0 b& E5 G! }7 p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 R3 y7 k! o$ U
4 d; m; O# ^/ a! C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。
* P( b( h- |. h- e: L+ B
6 z4 d9 C$ ~% S5 q4 e3 L, M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。
. e! e  j9 o6 a1 g) P
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

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∼
& E; T8 J% N! y! X# \8 E* {line 216，會跳到pgtbl的macro去執行，其實只是載入一個位址。
/ R3 o+ [! k2 H
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
   2 @- x: }5 P3 v7 d* {
3.     152 TEXT_OFFSET := $(textofs-y)

複製代碼

1. /* include/asm-arm/arch-omap/memory.h */
   : I9 m- X( n( X! B* y
2.      40 #define PHYS_OFFSET             UL(0x10000000)
   7 O: v# X1 U7 U
3. 
   % F0 Q, d; N; l. t6 F7 S) g
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. 
   
8.      47         .macro  pgtbl, rd
   
9.      48         ldr     \rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000)
   
10.      49         .endm
    : D3 T7 X0 I6 U  A5 A! \3 X
11. 
    
12.     216         pgtbl   r4                              @ page table address

複製代碼

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.
) K) N5 a8 @! A7 g% ~6 `" E; bline 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
   0 y& J+ N7 B+ B( l" G8 n
2.     222         mov     r3, #0
   1 v$ ]! i: ?2 K
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
   
7.     227         str     r3, [r0], #4
   : v+ v% ^# z; n$ X( F
8.     228         teq     r0, r6
   2 M8 p0 Z3 @8 ?# j8 y' S& E
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

問題怎麼填值？？
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。
1 x9 E$ _! s1 _- A6 O
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 ^% j! X% O! g5 r4 L/ U9 E1. [31:20]存著section base addr
/ ^4 C: i% K' t" x; g$ U' H2. [19:2]存著mmu flags
3. [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)
4. pg tabel資料要存放到 [31:14] = translation base, [13:2] = table index , [1:0] = 0b00 的位址

' J, a1 ~/ p3 i% m% h; G來看code是怎麼設定。
) K+ g* m4 ~  X5 u& c6 D( Z
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。
& }- ~3 G! u  L, C所以前面兩個做完，就完成了bit[31:2]。
9 h0 z1 v& H% j5 ~  F1 }9 u2 eline 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
   # L9 `! i4 q: T7 c- a: H
2.     240         orr     r3, r7, r6, lsl #20
   1 B. K) L" ?  V! j$ L# Z( A
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

最近又被釘上了，開始忙碌，大概沒太多時間貼文∼
* `( R/ i& c  ^4 d0 d6 _6 t
$ f, j: x0 y2 n4 F- i( t( F7 S上篇已經將pc所屬的page table entry(pte)設定好，接著繼續看
& m! y# K0 l7 C- M0 Iline 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。
: S# k' J  X9 t9 V5 i$ z; N" y# k
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
   
2.     248         str     r3, [r0, #(KERNEL_START & 0x00f00000) >> 18]!
   
3.     249         ldr     r6, =(KERNEL_END - 1)
   / b: x$ H3 L! w* s6 y1 r
4.     250         add     r0, r0, #4
   ( p# _4 N% X- \1 T" ]" e5 e. X
5.     251         add     r6, r4, r6, lsr #18
   
6.     252 1:      cmp     r0, r6
   
7.     253         add     r3, r3, #1 << 20
   
8.     254         strls   r3, [r0], #4
   
9.     255         bls     1b

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。
, o& _; }- K. B4 k: D9 Z4 Pline 284，最後將結果存到r0所指到的pte。
- a. S/ M; ^2 ?$ q" Y' C, P0 @
" N! c- e! b  p# I  `以上三個動作，就是做好 ram 起頭的位址一開始map，還沒做完整塊map。由於我們目前的設定方式每塊是1MB，所以這邊是將RAM開始的1MB做map。

line 327,返回，結束一開始的create page table的動作，我們可以看出其實並沒有做完整的初始化page table，所以之後應該會有其他page table的細節。

1.     279         add     r0, r4, #PAGE_OFFSET >> 18
   ! K7 T" u; O' v
2.     280         orr     r6, r7, #(PHYS_OFFSET & 0xff000000)
   
3.     281         .if     (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
4.     282         orr     r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   & K0 P8 V( A  f! j" Y# k
5.     283         .endif
   
6.     284         str     r6, [r0]
   * D' r1 k" j+ g0 g6 _) q6 D
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，
9 ^/ l, B. W, m6 Jline 99, 將switch_data擺到r13
) f( @% n. d/ Z& W* W8 W0 X5 ]line 101, 將enable_mmu擺到lr
9 T1 R+ }- a- ^. ?+ }7 k3 Q+ I" a+ Lline 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。
6 V: E6 q5 p" l5 ~' o) v+ a
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
   , o3 H3 i( ?# x4 j& E. M
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   2 [# U) G; n) w  @
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

複製代碼

gogojesse

老店重新開張~
% r, c, b1 S! J" i1 ^
花了一些時間把舊的貼文整理到一個blog
- _5 E" z: y. t/ [有把一些敘述修改過
0 T$ O! H$ g/ N# [8 E; n' e( B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
/ b1 T# V/ ?# K/ Y  l" t' S/ ~希望之後能夠慢慢有系統地整理
" O' S% `* n, j9 F( f% q' k大家有興趣的話
4 K6 s8 t4 _3 A4 M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
# K: x+ G' ^/ {, n# m& h- ^& K, X+ a0 K. V慢慢整理到blog上的方式
1 u- r3 |1 q2 {4 ~1 m- i因為chip123比較方便討論 =)
$ N5 v+ }! ]( ?/ Yblog編輯修改起來比較方便
% Z  J# G: C6 l' W# M0 m: h閱讀也比較集中   大家可以在這邊看到討論
- I$ X6 S! ^4 l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
1 U' C* e$ |0 ^! g, a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
   6 _! [9 B! }# C. z6 Z1 P! j
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   $ i3 ]9 G) }- s* \* C' n- ~
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)
! S- ~; A( z# J% w0 s/ ^, Tline 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
   
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
   , h/ w; {" o; O5 u
9. 
   ' k3 |8 @* R$ f* B5 I
10. 388         adr     r5, arm926_crval
    - \2 f) w! R2 z4 X; |3 k* |
11. 389         ldmia   r5, {r5, r6}
    
12. 390         mrc     p15, 0, r0, c1, c0              @ get control register v4
    
13. 391         bic     r0, r0, r5
    ! {" c5 C5 z% l5 e& |5 [
14. 392         orr     r0, r0, r6
    5 G. E# s- l/ h* P# A, J
15. 
    
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，
line 375~380, 主要就是invalidate CPU的I&D cache和清空write buffer。
line 388~392, 把cp15的設定讀出來，並且將一些預設狀態做好運算放到r0。(預設值從arm926_crval這邊可以取得。)
line 396, 直接把pc跳到lr，因為我們之前已經將lr = enable_mmu，所以直接跳過去。

gogojesse

1. 155 __enable_mmu:
   
2. 170         mov     r5, #(domain_val(DOMAIN_USER, DOMAIN_MANAGER) | \
   
3. 171                       domain_val(DOMAIN_KERNEL, DOMAIN_MANAGER) | \
   
4. 172                       domain_val(DOMAIN_TABLE, DOMAIN_MANAGER) | \
   " X" K( ^6 T  R* c& W
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
   7 I1 i/ t0 {3 p7 b* O
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:
   ; C& D# N7 w3 x* G+ g! F1 ]5 ]
2. 192         mov     r0, r0
   
3. 193         mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 0           @ write control reg
   , }4 d& w5 e+ B4 H7 g# e' ]: a
4. 194         mrc     p15, 0, r3, c0, c0, 0           @ read id reg
   2 ^6 D) G; d; H8 j  ]  o
5. 195         mov     r3, r3
   , Q' t) {2 q$ d) s" G; |& p' u8 D
6. 196         mov     r3, r3
   + u+ g$ h( z" _$ k  O5 Y
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:
   % C! w+ f. r' A5 o7 y! I, @
2. 19         .long   __mmap_switched
   " B4 \8 v9 |. M& L0 F
3. 20         .long   __data_loc                      @ r4
   
4. 21         .long   _data                           @ r5
   - x! a% g1 [1 b
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
    
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:
   ) n  }2 f3 N, V; r. v: Y" n8 n
2. 40         adr     r3, __switch_data + 4
   3 H, c) Y" y4 c$ z2 s$ G; v  V  w7 D
3. 41
   
4. 42         ldmia   r3!, {r4, r5, r6, r7}
   7 U; m+ h3 s" x9 ]
5. 43         cmp     r4, r5                          @ Copy data segment if needed
   4 |, p- q5 }  W4 h
6. 44 1:      cmpne   r5, r6
   
7. 45         ldrne   fp, [r4], #4
   
8. 46         strne   fp, [r5], #4
   
9. 47         bne     1b
   
10. 48
    
11. 49         mov     fp, #0                          @ Clear BSS (and zero fp)
    0 q/ y$ ]* S" q& g2 R
12. 50 1:      cmp     r6, r7
    
13. 51         strcc   fp, [r6],#4
    2 Q! E: Q# _' L7 b# S, ^6 k. I" z
14. 52         bcc     1b
    8 i2 K# e4 @2 x4 H% E8 g0 Y
15. 53
    ! G/ `. r1 a* h1 E: e+ g
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
    * G) f/ Q- s1 R3 n
19. 57         str     r2, [r6]                        @ Save atags pointer
    % R0 \  J+ h: b; _: Y& h
20. 58         bic     r4, r0, #CR_A                   @ Clear 'A' bit
    
21. 59         stmia   r7, {r0, r4}                    @ Save control register values
      O1 B5 d( K4 u& ]7 m- L7 l& P
22. 60         b       start_kernel
    - h0 \0 x, A" }6 r+ u# l9 P" j
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
7 q. P  @1 s% \line 43~47，看看data segment是不是需要搬動。
" J4 x9 I* d7 J& ?# W0 s; sline 49~52, clear BSS。

6 Q- S# u1 u# f8 T' _- Y% _3 i由於linux kernel在進入start_kernel前有一些前提必須要滿足：
' A$ Q2 i, t2 K- ?. t6 ~# Er0  = cp#15 control register
5 l% H: n" X' N% T) D& Ir1  = machine ID
2 A! G+ v# ^. W  J  b( Sr2  = atags pointer
r9  = processor ID

% p8 A5 Z& {! G5 d, L# @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)
( @& w7 V. j9 [( T
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。
7 H8 K- r0 J+ U! p1 f. A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。