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』
2 a6 n- _' `, I) 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？！

( ~; Q2 [6 Q3 J+ Q$ [# J所以我們又必須開始找於kernel link的時候是怎麼被安排的，有了前面的基礎，我們可以從Makefile知道程式碼如何被編譯。至於link上的細節，例如有那些section和section先後順序等等，可以從 lds 檔來規範。
# v0 l0 g. ^5 m9 B& g1 X% ?
  g" |( r3 i" P* l" Y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)
/ a0 t3 J6 V2 E0 G! {# b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。
) ]5 m0 v. q8 y* V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 : {
   ( R/ R6 H6 t  x) k8 E
2.      27         _stext = .;
   & K  z+ N7 J8 r$ ?5 ?) N+ {/ s
3.      28         _sinittext = .;
   * q( U; ?% \# V5 B5 ?% g
4.      29         *(.text.head)
   ; w/ g8 |) R- ]( g! Y* b/ r$ i4 D
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)
   7 m. y: L, ~/ v) a4 v# Z$ Q" y- @
4.      80     msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
   
5.      81                         @ and irqs disabled
   
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   
7.      83     bl  __lookup_processor_type     @ r5=procinfo r9=cpuid
   
8.      84     movs    r10, r5             @ invalid processor (r5=0)?
   . ^9 h/ B) B# z& ~/ _; y
9.      85     beq __error_p           @ yes, error 'p'
   / p1 ?+ c3 e6 q& D: q
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
    0 C8 a! I1 c) B; |* u! Z0 A
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。

- j0 y+ J. f% M/ T# j4 w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。

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1. 39 __mmap_switched:
   . \% X# H# b9 C3 G) \
2. 40         adr     r3, __switch_data + 4
   / L6 y+ H" c9 t7 H9 E% O
3. 41
   ( E; }3 ]8 \! |' j9 ?: ?
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
   , D( o4 c* w: ]
8. 46         strne   fp, [r5], #4
   
9. 47         bne     1b
   - _2 m7 @, F) C) _9 I6 E
10. 48
    7 @5 J! l+ a1 \. j" b  v* M3 V9 K
11. 49         mov     fp, #0                          @ Clear BSS (and zero fp)
    " p. x4 `$ C) S9 m5 Q# m
12. 50 1:      cmp     r6, r7
    
13. 51         strcc   fp, [r6],#4
    ( M8 C# f2 A9 C) M
14. 52         bcc     1b
    * u8 O+ X9 `, k! L
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
    # s' K9 U$ s6 S- u
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
    ) ?% Z& }& [0 ^) B7 y
22. 60         b       start_kernel
    : N6 q4 V# d+ o, Z5 w- {
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。
9 u' Q0 n4 b5 u+ x/ |, sline 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。
, H/ j$ v( m5 A2 e& B, nline 49~52, clear BSS。

由於linux kernel在進入start_kernel前有一些前提必須要滿足：
6 E7 p4 q  s* d2 s  G4 Y  mr0  = cp#15 control register
/ ]& G; Q% |  E$ H) n8 W% Br1  = machine ID
r2  = atags pointer
r9  = processor ID
! Y1 ?8 N+ s, }$ v
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
) m, h$ ]2 }4 A9 \9 t0 k# I% i2 n! s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。
; h* q1 N$ T$ n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。

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1. 155 __enable_mmu:
   % B3 T, N' x3 Z+ c
2. 170         mov     r5, #(domain_val(DOMAIN_USER, DOMAIN_MANAGER) | \
   0 I0 ~, Q- R; M2 R  M" ]* U
3. 171                       domain_val(DOMAIN_KERNEL, DOMAIN_MANAGER) | \
   
4. 172                       domain_val(DOMAIN_TABLE, DOMAIN_MANAGER) | \
   " r: p$ B" |6 m% B. g
5. 173                       domain_val(DOMAIN_IO, DOMAIN_CLIENT))
   1 n/ |+ a5 u- g( H+ P( L
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
   3 j- r- l. g1 h: R
8. 176         b       __turn_mmu_on
   1 W$ G& r$ n# ?- W/ ~9 b4 m
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, ~0 Z# C4 Y. fline 175~176，將create好的page table開頭丟給mmu。跳到turn_mmu_on

1. 191 __turn_mmu_on:
   ' }# i; z8 u( A' G0 O3 g, m
2. 192         mov     r0, r0
   
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
   
6. 196         mov     r3, r3
   - j+ d8 S$ j) g, i& \
7. 197         mov     pc, r13
   9 f! k5 f6 v4 y
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:
   0 v4 A) G. D5 p$ \
2. 19         .long   __mmap_switched
   
3. 20         .long   __data_loc                      @ r4
   # |' G; ?$ p$ y6 c! Y
4. 21         .long   _data                           @ r5
   2 x1 G  b* f2 X# f* ?& f
5. 22         .long   __bss_start                     @ r6
   
6. 23         .long   _end                            @ r7
   * P4 v$ g! l! b8 `
7. 24         .long   processor_id                    @ r4
   , N. ^" S  [( b( I- m
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
    ' L3 E# t0 F- d7 |- m9 E/ O
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

隔了很長一段時間沒update
+ B) c" k$ t' N- U. z% z( e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
   
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
   
2. 374 __arm926_setup:
   5 v  e+ [) `* {" U& {3 P
3. 375         mov     r0, #0
   2 @1 X. f' {) q5 x1 V+ K
4. 376         mcr     p15, 0, r0, c7, c7              @ invalidate I,D caches on v4
   7 H3 N- U5 o& c2 e2 e
5. 377         mcr     p15, 0, r0, c7, c10, 4          @ drain write buffer on v4
   * n7 Z( D: p" J$ E0 I: d1 k
6. 378 #ifdef CONFIG_MMU
   . d, V# P3 w9 P
7. 379         mcr     p15, 0, r0, c8, c7              @ invalidate I,D TLBs on v4
   $ }( M! U5 ^1 F0 G, ]
8. 380 #endif
   
9. 
   2 q! h" |% b. U' U) r( Y% y
10. 388         adr     r5, arm926_crval
    % x/ g6 t- j4 J! m, g9 F+ D
11. 389         ldmia   r5, {r5, r6}
    
12. 390         mrc     p15, 0, r0, c1, c0              @ get control register v4
      Z# \( }# E2 w! [
13. 391         bic     r0, r0, r5
    
14. 392         orr     r0, r0, r6
    0 x, _+ r9 K7 V2 {8 p2 y$ m3 ^
15. 
    # H1 s; J- H7 \# x3 s4 [: z, m, x
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。)
" H# U( E0 ]1 \0 U9 yline 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。

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老店重新開張~

/ \* s4 d; V" W. u+ d$ {$ [花了一些時間把舊的貼文整理到一個blog
有把一些敘述修改過
3 e( P( p1 Y1 b4 ~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
9 b2 t: t* e" y! B' [1 H希望之後能夠慢慢有系統地整理
3 g* Z6 u) F, Q# P大家有興趣的話
可以來看看和討論
! w2 D& [1 s: k1 k7 dhttp://gogojesseco.blogspot.com/
) T- `. M3 V8 X) x
$ m" G0 }, p1 l& r- Z以後可能會採取  先在chip123貼新文章
慢慢整理到blog上的方式
因為chip123比較方便討論 =)
blog編輯修改起來比較方便
! D3 ]* U( K8 R閱讀也比較集中   大家可以在這邊看到討論
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，
) i0 m3 E& z& p! b" Fline 99, 將switch_data擺到r13
8 ~2 c6 b/ ?* Q1 Bline 101, 將enable_mmu擺到lr
6 O; j9 g# c* W& x$ gline 102, 將pc改跳到r10+PROCINFO_INITFUNC的地方去

) p& `2 T( v" G5 f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。

+ ^, P# y6 U- y7 E' Wswitch_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
   0 R6 Z8 i. n4 b2 H& _" z, N5 |
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

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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。
$ Z! R) u: _2 H3 S% y
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。

/ {2 D; b) z0 k3 |9 k* |8 F  B0 r7 _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
   6 i( V- M6 X3 ~- g
2.     280         orr     r6, r7, #(PHYS_OFFSET & 0xff000000)
   
3.     281         .if     (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
4.     282         orr     r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   , _( t3 H# A3 d3 S2 g, B
5.     283         .endif
   
6.     284         str     r6, [r0]
   3 m8 j2 _4 r( X, E' b, d3 I1 r
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）。

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最近又被釘上了，開始忙碌，大概沒太多時間貼文∼

# q0 x9 r7 ^" ?- X& Q上篇已經將pc所屬的page table entry(pte)設定好，接著繼續看
' S& l. P. F1 fline 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。
2 l) c$ [0 y. h+ ]4 J( o! a
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)
   
4.     250         add     r0, r0, #4
   0 f( `& L- Y, C5 N  F
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

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。

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）
9 T" Z1 \, H8 g! u( C$ t1 O" v1. [31:20]存著section base addr
2. [19:2]存著mmu flags
- f! @* `) Q; |4 Z0 e3. [1:0]用來辨別這是存放哪種page, 有四種:
2 _1 M! o6 t, M7 Z, V   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
5 G5 M, g. X& n+ [2 j) R
來看code是怎麼設定。
1 i  n3 x5 D% I! {% Z
4 I2 k& `, P" B: E- J1 b# O4 S5 s$ i% Aline 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。
4 N) Q$ j: o' l+ d6 m- A8 O所以前面兩個做完，就完成了bit[31:2]。
/ k5 @. z& ]# m2 H; n: ~line 241， 將r3的資料寫到r4+(r6<<0x2)的地方去，剛好是4.提到的位址。（lucky）

1.     239         mov     r6, pc, lsr #20
   
2.     240         orr     r3, r7, r6, lsl #20
   
3.     241         str     r3, [r4, r6, lsl #2]

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。
# n5 I% j1 d7 [4 x& t; C2 gline 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
   9 A6 D. G$ ^, _0 ~! }/ j2 \% D: K
3.     223         add     r6, r0, #0x4000
   0 d; A; n% L/ {7 v5 ^, z& F0 G1 x7 S
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
   + l( A* Q7 {( d
8.     228         teq     r0, r6
   
9.     229         bne     1b

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line 231, 將位址等於 r10+PROCINFO_MM_MMUFLAGS 裡頭的值放到r7。r10是proc_info的位址。proc的info data structure被定義在『./include/asm-arm/procinfo.h』，offset取得的方式用compiler的功能，以便以後新增structure的欄位的時候不需要更動程式碼。這邊的動作合起來就是讀預設要設給mmu flags的值。

1.    231         ldr     r7, [r10, #PROCINFO_MM_MMUFLAGS] @ mm_mmuflags

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gogojesse

現在，讓我們跳入create_page_tables吧∼
# M0 }6 Y7 D) [' Nline 216，會跳到pgtbl的macro去執行，其實只是載入一個位址。
$ d! k, \8 _" q9 u
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 */
   ) k& s; V2 ~9 d4 c' Y, }, c9 M' [
2.      95 textofs-y       := 0x00008000
   
3.     152 TEXT_OFFSET := $(textofs-y)

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1. /* include/asm-arm/arch-omap/memory.h */
   - g# H" N2 v! V; H
2.      40 #define PHYS_OFFSET             UL(0x10000000)
   7 D* N  ~1 S8 y- W% s$ b
3. 
   
4.      /* arch/arm/kernel/head.S */
   
5.      29 #define KERNEL_RAM_VADDR        (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   1 p. M' f# Z: F: c* ?
6.      30 #define KERNEL_RAM_PADDR        (PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   
7. 
   $ S, w) j. @7 d$ u  F7 O. p
8.      47         .macro  pgtbl, rd
   6 V' }; d* ]( X9 H9 N. H( C1 y
9.      48         ldr     \rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000)
   
10.      49         .endm
    0 C: N& J" `" D  q) V  O' n  M
11. 
    ; G( {3 F. X, v* u! D
12.     216         pgtbl   r4                              @ page table address

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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。

9 C/ ?$ j* X4 ^/ G1 g: J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。
4 j- c+ j) K) o
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。

9 a+ ~' d) }2 m; ^: b『產生page table到底是要給誰用的？』
- c& _2 q% X4 \+ ^/ _* j: {
& G8 d% A$ H5 }9 I: f3 W( 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。

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。
, z# y, {8 O! o) o: _& X
1 v. R' V; t* R  i6 ?6 l5 l; K1 Y( w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：

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。
: H3 S9 ~: h& n% u) M3. Makefile & link script - 這兩個功能和撰寫的方式要有簡單的概念。
3 [8 Y, i7 T, e
6 f& o" q% M( Z6 g  `. S1 j4 i+ p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' t4 Y4 \) t$ R9 g( s1 ?! r
" ]' y2 A2 N4 e6 X$ 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

接著我們又返回到head.S，
  z) p# H6 S' M8 pline 87~88也是做check動作。
6 m+ \0 [6 x, Hline 89跳到vet_atags。在head-common.S

1.      87         movs    r8, r5                          @ invalid machine (r5=0)?
   2 X$ M8 u2 c' S( C) }
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。
2 J; U7 q( `1 ~line 246, 沒有aligned跳到label 1，就返回了。
6 i! U6 b( ~, t. m5 q' C1 Pline 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。
/ v3 m+ Z7 Y1 {+ G/ V" K1 ]# P$ Eline 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)
   5 ]2 K# {7 O+ Z! x# h, ?; O
3. 
   % {7 X! R4 a7 }9 ]
4.     243         .type   __vet_atags, %function
   0 O2 o% f2 |4 T8 N8 s3 Z- v
5.     244 __vet_atags:
   8 w! S4 l% z6 x
6.     245         tst     r2, #0x3                        @ aligned?
   " H4 d3 I" m" l3 D" @  D" P7 y
7.     246         bne     1f
   3 g  b2 V9 H; X* c- e# `* T( [( h
8.     247
   
9.     248         ldr     r5, [r2, #0]                    @ is first tag ATAG_CORE?
   ' D$ p$ G/ i7 Y
10.     249         subs    r5, r5, #ATAG_CORE_SIZE
    
11.     250         bne     1f
    
12.     251         ldr     r5, [r2, #4]
    7 \  o3 e6 u. Z0 k' y3 s
13.     252         ldr     r6, =ATAG_CORE
    
14.     253         cmp     r5, r6
    ' ]) I, ~3 W' p- l- m' d8 q
15.     254         bne     1f
    . ?& w8 a4 S" y
16.     255
    
17.     256         mov     pc, lr                          @ atag pointer is ok
    7 K' q' C0 D9 r" L
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。  
1 j1 U& I# z7 M" i% wline 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。

  v. K2 J9 Q4 }2 C% q4 Lline 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。
% U! y& Q; `6 j9 v: `line 86, 跳到__lookup_machine_type。原理跟剛剛找proc的資料一樣。

1.      83         bl      __lookup_processor_type         @ r5=procinfo r9=cpuid
   
2.      84         movs    r10, r5                         @ invalid processor (r5=0)?
   $ c: F! G  t+ ]( g9 s* Z$ c- @
3.      85         beq     __error_p                       @ yes, error 'p'
   ! R5 r9 ?& v, J4 Y5 U
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

+ a6 o0 C7 n( J6 t1. 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。
* a4 X; {/ W: k" ~/ ^7 c
2 k; m' h' z+ w$ C/ h  k$ x2. 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 */
   3 ?+ c$ c- `: M) X, `! @7 w+ |
2.      50 #define MACHINE_START(_type,_name)                      \
   " G! W( ?% U! m' u
3.      51 static const struct machine_desc __mach_desc_##_type    \
   
4.      52  __used                                                 \
   9 V8 N/ U$ w& n! _" x
5.      53  __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {    \
   5 P, h8 n6 `5 T. ^6 l
6.      54         .nr             = MACH_TYPE_##_type,            \
   
7.      55         .name           = _name,
   . n2 y0 F8 U9 s; b
8.      56
   : x$ r4 ~+ C  f) j- J" p& j
9.      57 #define MACHINE_END                             \
   " s/ V7 k" m8 C% ]; ~; Y
10.      58 };
    8 T3 U1 o8 ~9 p! l) z. z
11.      /* 用法 */
    + v, u) A6 n! j: z
12.      93 MACHINE_START(OMAP_GENERIC, "Generic OMAP1510/1610/1710")
    " z4 @( W! \3 d" N% X9 F$ I5 A8 I  ~
13.      94         /* Maintainer: Tony Lindgren <tony@atomide.com> */
    / d, h# f( I) J% @# q
14.      95         .phys_io        = 0xfff00000,
    
15.      96         .io_pg_offst    = ((0xfef00000) >> 18) & 0xfffc,
    * W( y0 T7 B' ~5 A1 }4 d
16.      97         .boot_params    = 0x10000100,
    
17.      98         .map_io         = omap_generic_map_io,
    4 j$ I! @3 A3 b0 k
18.      99         .init_irq       = omap_generic_init_irq,
    
19.     100         .init_machine   = omap_generic_init,
    - @4 j2 ?, M0 N  g8 }9 h
20.     101         .timer          = &omap_timer,
    ' J1 b8 j, V$ G8 |
21.     102 MACHINE_END
    9 |* g* t; I- u% {$ N- w7 H
22. 
    
23.     /* func */
    
24.     204         .type   __lookup_machine_type, %function
    
25.     205 __lookup_machine_type:
    8 L$ O5 k7 `' Y3 i
26.     206         adr     r3, 3b
      B0 L: O9 F. H0 T% a
27.     207         ldmia   r3, {r4, r5, r6}
    ; R: p+ R, S2 U! w. r: N$ Q
28.     208         sub     r3, r3, r4                      @ get offset between virt&phys
    
29.     209         add     r5, r5, r3                      @ convert virt addresses to
    1 q' x: `; _! ^1 W4 P0 a
30.     210         add     r6, r6, r3                      @ physical address space
    
31.     211 1:      ldr     r3, [r5, #MACHINFO_TYPE]        @ get machine type
    2 J. I" X; P% j) c
32.     212         teq     r3, r1                          @ matches loader number?
    + M% h# X, D* i( r, N
33.     213         beq     2f                              @ found
    ' I8 Q! H& S  O& v
34.     214         add     r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC    @ next machine_desc
    
35.     215         cmp     r5, r6
    
36.     216         blo     1b
    1 I. C. Q3 f; t# A0 D1 ~
37.     217         mov     r5, #0                          @ unknown machine
    + a- Q& C" L; E! [5 z
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。
0 z/ p/ x5 X) q$ b% s- X8 R: P. E
/ ]3 w" D0 ~9 m$ [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.
   
3.      61  * ---------------------------
   
4.      62  *
   
5.      63  * This is normally called from the decompressor code.  The requirements
   & P7 |' R/ p6 b' q* }
6.      64  * are: MMU = off, D-cache = off, I-cache = dont care, r0 = 0,
   0 B! G7 x. e% d" r5 i3 V9 t
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。
6 g1 t& `/ Q" ?2 Qline 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
1 e3 l, O2 b% j6 K4 I) Y* [line 83, 跳到 __lookup_processor_type 執行（bl會記住返回位址）。

1.      77     .section ".text.head", "ax"
   / I+ _/ A1 b+ Z
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
   
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   4 r$ ~; a/ Z- C2 k& ^
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。
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）
; }- R+ ~+ C( i$ Rline 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。
% \" J7 s1 T6 y# Q( {% H/ l/ sline 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
. L7 B* X* m2 P) C4 `line 170, 找不到的話，r5的processor id就放0x0.表示unknown id。
/ h( p! }9 V  T3 N
; Z9 t0 }$ @4 s( V7 s' m8 f6 U__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:
   & X$ o, o$ H7 @7 @, x% [5 Q
3.     158     adr r3, 3f
   + I( f5 I) e1 M' J
4.     159     ldmda   r3, {r5 - r7}
   
5.     160     sub r3, r3, r7          @ get offset between virt&phys
   
6.     161     add r5, r5, r3          @ convert virt addresses to
   5 ~# D  u4 L+ E! R( F" d( w
7.     162     add r6, r6, r3          @ physical address space
   8 }- t. _3 p: |  t) q/ C6 x
8.     163 1:  ldmia   r5, {r3, r4}            @ value, mask
   
9.     164     and r4, r4, r9          @ mask wanted bits
   & c; h7 R$ S- r; D( l* l6 r
10.     165     teq r3, r4
    
11.     166     beq 2f
    - u. ^$ S/ Y& I; m& V
12.     167     add r5, r5, #PROC_INFO_SZ       @ sizeof(proc_info_list)
    
13.     168     cmp r5, r6
    ! k  F& F0 M$ B3 _) E$ {: `# [
14.     169     blo 1b
    
15.     170     mov r5, #0              @ unknown processor
    
16.     171 2:  mov pc, lr
    
17. 
    1 Y4 a, }: f* m8 u+ x% u9 `! f
18.     187     .long   __proc_info_begin
    
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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。