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
! R' Z1 e0 K2 h+ Y( M『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？！

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。
2 b& x( d$ E+ s
) Q0 L5 [) m+ h; U3 L$ H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 : {
   
2.      27         _stext = .;
   , B4 ~3 n  l1 r4 W  i5 U
3.      28         _sinittext = .;
   
4.      29         *(.text.head)
   / I- x* x+ u4 |# e6 p7 i
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"
   1 l% S2 U3 ]8 f7 Y# _' p$ ]8 K
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
   * `7 P. N6 Q& K/ D" a
5.      81                         @ and irqs disabled
   
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   ( ~5 b- [" B  I' R
7.      83     bl  __lookup_processor_type     @ r5=procinfo r9=cpuid
   & R  ^  v) p1 S: R
8.      84     movs    r10, r5             @ invalid processor (r5=0)?
   $ U4 }7 J2 O# ]2 S
9.      85     beq __error_p           @ yes, error 'p'
   
10.      86     bl  __lookup_machine_type       @ r5=machinfo
    0 n* x4 B2 {6 s) C8 g- a% ^
11.      87     movs    r8, r5              @ invalid machine (r5=0)?
    : @7 {+ a" C  q  _2 v7 C
12.      88     beq __error_a           @ yes, error 'a'
    
13.      89     bl  __vet_atags
    # v, m% d/ h2 \  t# c" @3 W
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 H7 V7 U  F9 F& F  a6 e' A
- |# _1 M) U0 z; k2 H: R2 F看了一下，程式碼多了很多bl的跳躍動作，看來會在各個function跳來跳去。

gogojesse

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。

! [3 w9 n6 Z1 y/ {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.
   0 G6 X4 j3 w! c  ^, @# U
3.      61  * ---------------------------
   
4.      62  *
   , r# I+ C3 m) ?4 Y$ f# Q, g( D/ x
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。
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)
& l  B% s% B8 t4 b2 t. q4 {" sline 82, 讀取CPU ID到r9
( Z8 ]. Q* g2 I+ i. t' hline 83, 跳到 __lookup_processor_type 執行（bl會記住返回位址）。

1.      77     .section ".text.head", "ax"
   + B( E5 `1 x5 V4 N
2.      78     .type   stext, %function
   1 V. J& }8 E) R- D7 V8 h+ ]! N
3.      79 ENTRY(stext)
   
4.      80     msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
   . {$ x: C5 O( D0 h; S" o
5.      81                         @ and irqs disabled
   + F& ^# C) F# w  {- q$ P: y7 S. b2 d' _" d
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，
% f* I  ?! L, b3 xline 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）
0 {4 i- `3 t: L5 x9 r, ^- Lline 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
/ A* T1 k8 N( z1 B- o: }0 Lline 170, 找不到的話，r5的processor id就放0x0.表示unknown id。
( ?6 a( h( |, v# l" A, n! G/ K
, h9 D! I) D8 n$ T4 Y- C2 c. \9 A# e__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
   & T% X8 O7 O- f6 U' G2 [
2.     157 __lookup_processor_type:
   7 W9 ?3 C8 X4 K) g
3.     158     adr r3, 3f
   % S' V* n' S, ?' n5 H' D
4.     159     ldmda   r3, {r5 - r7}
   5 H7 U2 Y% p$ B9 W2 I6 c
5.     160     sub r3, r3, r7          @ get offset between virt&phys
   
6.     161     add r5, r5, r3          @ convert virt addresses to
   
7.     162     add r6, r6, r3          @ physical address space
   - M; n4 t& U! ?
8.     163 1:  ldmia   r5, {r3, r4}            @ value, mask
   
9.     164     and r4, r4, r9          @ mask wanted bits
   
10.     165     teq r3, r4
    2 l4 f1 W0 f2 u
11.     166     beq 2f
    . R9 H0 f* {0 @1 i4 P
12.     167     add r5, r5, #PROC_INFO_SZ       @ sizeof(proc_info_list)
    
13.     168     cmp r5, r6
    
14.     169     blo 1b
    ; f1 k# X0 }2 e- D
15.     170     mov r5, #0              @ unknown processor
    
16.     171 2:  mov pc, lr
    
17. 
    ' z# c: H+ A0 ]" S! B
18.     187     .long   __proc_info_begin
    ! K0 Y  `& l* O; `3 e) F) p
19.     188     .long   __proc_info_end
    
20.     189 3:  .long   .
    / J) J, ~4 f6 Y1 z1 A7 ^$ j7 e$ v
21.     190     .long   __arch_info_begin
    - p! `) N  N. |; O/ }* c. F7 O
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。
6 j) C$ }+ P/ R: j
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。
3 c8 f0 |% }$ A7 H- U0 o7 G; Iline 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)?
   
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

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。

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)                      \
   , e- b2 X' o& q8 Z: D) O) e
3.      51 static const struct machine_desc __mach_desc_##_type    \
   
4.      52  __used                                                 \
   
5.      53  __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {    \
   7 F& h/ C' H5 s# Z
6.      54         .nr             = MACH_TYPE_##_type,            \
   
7.      55         .name           = _name,
   
8.      56
   
9.      57 #define MACHINE_END                             \
   $ p  Y3 q1 u/ o) c& s
10.      58 };
    
11.      /* 用法 */
    7 W0 v+ e. M* x8 Z9 }  F# u
12.      93 MACHINE_START(OMAP_GENERIC, "Generic OMAP1510/1610/1710")
    & i! t9 @8 @% ?/ J# Q" D. D- R7 C# ?# w
13.      94         /* Maintainer: Tony Lindgren <tony@atomide.com> */
    9 r' Q% o( i( y
14.      95         .phys_io        = 0xfff00000,
    % r* g/ v/ y, v9 K" c% p! ~6 S+ X
15.      96         .io_pg_offst    = ((0xfef00000) >> 18) & 0xfffc,
    + K6 \+ B' H6 e$ `. U4 M
16.      97         .boot_params    = 0x10000100,
    ( Q  d" o2 {+ j
17.      98         .map_io         = omap_generic_map_io,
    # `0 {3 K. j* h- m
18.      99         .init_irq       = omap_generic_init_irq,
    ) T% k( G  }" Y% r/ w
19.     100         .init_machine   = omap_generic_init,
    4 r* s4 U  n# w6 u' _
20.     101         .timer          = &omap_timer,
      P: d0 `% h9 m
21.     102 MACHINE_END
    
22. 
    # W8 _: y. `6 \9 v" D+ T' C
23.     /* func */
    
24.     204         .type   __lookup_machine_type, %function
    & m+ ~6 D; z9 u: p  D% P: k
25.     205 __lookup_machine_type:
    / v1 l5 S+ G3 v( X8 X
26.     206         adr     r3, 3b
    - n0 P& [8 w0 o3 B' L3 R
27.     207         ldmia   r3, {r4, r5, r6}
    
28.     208         sub     r3, r3, r4                      @ get offset between virt&phys
    3 x2 c# I1 N% r5 M% y# R2 o
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
    1 c2 u$ E8 C9 A. y0 B5 w
32.     212         teq     r3, r1                          @ matches loader number?
    
33.     213         beq     2f                              @ found
    
34.     214         add     r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC    @ next machine_desc
    6 B8 b. M  B+ n/ E
35.     215         cmp     r5, r6
    . D. J( V2 P2 Z: i! M
36.     216         blo     1b
    4 c0 z+ s$ G: c$ b* G* ]
37.     217         mov     r5, #0                          @ unknown machine
    
38.     218 2:      mov     pc, lr

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gogojesse

接著我們又返回到head.S，
+ R! A# J- R& ?6 uline 87~88也是做check動作。
, p: V* u4 H& \) mline 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
   2 W" ?( L/ d1 v& F7 G4 _: s
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。
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 P" k6 p/ X6 ^# S$ Gline 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。
+ ~  Z) F( v: ]6 V（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
   1 L4 r7 `  a- s9 B( V" }
2.      15 #define ATAG_CORE_SIZE ((2*4 + 3*4) >> 2)
   
3. 
   : m" l, t# ~/ @
4.     243         .type   __vet_atags, %function
   ; D& L- Y4 c! D2 [6 F$ C
5.     244 __vet_atags:
   4 K2 I3 E7 z- e) y  Q( B, q' \
6.     245         tst     r2, #0x3                        @ aligned?
   
7.     246         bne     1f
   
8.     247
   
9.     248         ldr     r5, [r2, #0]                    @ is first tag ATAG_CORE?
   
10.     249         subs    r5, r5, #ATAG_CORE_SIZE
    6 V; b! w( _+ H- W) _7 j
11.     250         bne     1f
    3 f8 V! X; _1 Z  g9 g* D8 l8 ?
12.     251         ldr     r5, [r2, #4]
    
13.     252         ldr     r6, =ATAG_CORE
    
14.     253         cmp     r5, r6
    2 o- y& x1 y) X6 [/ D
15.     254         bne     1f
    
16.     255
    
17.     256         mov     pc, lr                          @ atag pointer is ok
    4 M# @1 x2 f" O% [/ e& Q  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。  
  Z3 t9 W# g4 Z9 Aline 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。

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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：

% m+ h0 K4 y& V4 h/ \  E1. 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。
3. Makefile & link script - 這兩個功能和撰寫的方式要有簡單的概念。
3 h; u6 e( p7 _2 v5 f2 |5 g3 V, O
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。

7 N& s2 Q# A3 p- r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。
; U3 l. [8 C6 e- k3 P. x
/ g0 Z% A- w# k7 w/ v『產生page table到底是要給誰用的？』
0 ^; i: U: \% O& v5 R" A) e
5 S/ `  {, q. s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。
* R1 ~4 h7 X# e- e4 p
1 v6 [: @, `! b/ L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。
" _/ X( {& {7 J! H( A% ~  ^
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。

' k' y# }; w. w. N. X" O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。
. T" m7 `  f5 Z' ?4 v( v
5 a' R  o3 M6 t6 o# i/ \) Q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。
# j  ~; l. ~( q7 f$ R
9 c8 ?: C9 ~5 V  }% V, ~% e: Qp.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∼
. H& r; U& ]2 P6 K2 Y: b- E2 Kline 216，會跳到pgtbl的macro去執行，其實只是載入一個位址。

4 O* j( b+ j0 I3 v) y2 y& c' I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
   % `' A2 R; m. \9 M. U
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)
   2 F4 R+ |: b- `" f1 }2 ~" i$ q/ \2 @
7. 
   
8.      47         .macro  pgtbl, rd
     e' {: i6 }) f' P+ l+ C1 D
9.      48         ldr     \rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000)
   
10.      49         .endm
    
11. 
    " z3 y9 v9 H. V& s# J
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.
* U, {! q7 K% k7 D* L7 \line 223, 將pg table的end addr放到r6.
4 |( ~9 a! v9 A# Pline 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
   1 F7 G; U% E- b8 g* i2 y' u
2.     222         mov     r3, #0
   
3.     223         add     r6, r0, #0x4000
   1 x- S& o2 p8 E6 c
4.     224 1:      str     r3, [r0], #4
   & [+ r+ k$ D3 h- D$ s
5.     225         str     r3, [r0], #4
   
6.     226         str     r3, [r0], #4
   
7.     227         str     r3, [r0], #4
   
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

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。

  |  c- t( L% I  `* e- r6 Z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）
( o( Q% M% @/ _( {7 a/ C* R+ k+ T6 t1. [31:20]存著section base addr
2. [19:2]存著mmu flags
4 m- k1 b6 f7 _' R. P3. [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)
! s$ P: ~  |3 \7 u0 h, O4. pg tabel資料要存放到 [31:14] = translation base, [13:2] = table index , [1:0] = 0b00 的位址
7 Y, V* x4 h0 T; d+ f
: d9 D' x. a( E) ?" O來看code是怎麼設定。
% _& p# Y5 p& S$ l' T
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.。
  @1 v2 w3 r2 j* |6 M& y6 F" yline 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. k, o  {1 V" W& i- x& M7 j. s- u) k所以前面兩個做完，就完成了bit[31:2]。
) D" F- D( N0 o' W- e& f. [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
   9 w9 u- r  X0 d( p' ^
2.     240         orr     r3, r7, r6, lsl #20
   - X5 @# }! s  ^: t7 ]3 G3 Y
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∼
4 E* w/ U; K' g' O
上篇已經將pc所屬的page table entry(pte)設定好，接著繼續看
# B6 y7 ^, K4 O" q# w( n4 b# jline 247, 248, 將KERNEL_START的位址往右shift 18算出pte的offset，(等於line239&241，239&241是先shift right 20然後shift left 2)，並將剛剛r3的值設給pte。『!』的意思是會把address存到r0。

line 249~252, 算出KERNEL_END-1的pte位址放到r6, KERNEL_START的下一個pte的位址放到r0。r0 <= r6的話就持續對pte寫入初值的動作。但是這邊的r3有加上（0x1<<20），所以原本的section base會變成加1，目前不是很明瞭為什麼要加1，或許往後面會找到答案。

1.     247         add     r0, r4,  #(KERNEL_START & 0xff000000) >> 18
   , j. H. O) `+ H6 K$ [" k7 ?9 }
2.     248         str     r3, [r0, #(KERNEL_START & 0x00f00000) >> 18]!
   
3.     249         ldr     r6, =(KERNEL_END - 1)
   & b" N5 m( @, z: c, p
4.     250         add     r0, r0, #4
   + Z7 \6 t8 J- T4 N4 P; ~
5.     251         add     r6, r4, r6, lsr #18
   
6.     252 1:      cmp     r0, r6
   " H6 f$ |9 w" p" Y: Q
7.     253         add     r3, r3, #1 << 20
   6 `$ H/ N3 o1 s
8.     254         strls   r3, [r0], #4
   : Y3 f1 Q& A/ l  K# e3 L! s# f* K
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。
9 P2 Y: z* h7 |  _# i, Y# Cline 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。
6 \5 {4 y' @* C
4 k# M7 }* T3 [, k8 W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。

( T* o* M  U& B8 X! U8 `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
   . X3 N2 ]- n& A* e8 z- B
2.     280         orr     r6, r7, #(PHYS_OFFSET & 0xff000000)
   
3.     281         .if     (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   " v/ G5 M9 G+ S# E6 W; y
4.     282         orr     r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   + L! F6 f3 K3 T$ r
5.     283         .endif
   1 U; P( f3 R( q/ w
6.     284         str     r6, [r0]
   : F5 v$ R4 T8 k3 H5 |
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，
line 99, 將switch_data擺到r13
line 101, 將enable_mmu擺到lr
line 102, 將pc改跳到r10+PROCINFO_INITFUNC的地方去
( y  }6 K# ?2 k/ ]: z# b
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。
9 c7 J" f) }& Q
+ j! B' D2 ?; e1 k' \# R/ h8 pswitch_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
   % e% E1 T- N# j( G
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   * _$ `7 x/ O# w
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

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gogojesse

老店重新開張~
4 R, A' n( D$ d: f* f  i$ |
0 n! _4 k, {6 v* P8 ]% H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
: X5 S; _- J* B' v0 J希望會比較容易集中閱讀
目前因為某些敘述不容易
1 |6 c+ a' S% A6 r/ w" Z3 n' |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
; p( S) p$ J7 Z( l* y大家有興趣的話
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
慢慢整理到blog上的方式
7 w8 I% d: K; r7 E9 {因為chip123比較方便討論 =)
blog編輯修改起來比較方便
! W' T3 c& b- y6 ~/ Z. ]4 _閱讀也比較集中   大家可以在這邊看到討論
" i9 j  O; w3 Q( F0 g) W$ }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
+ K5 H2 ~- M  }( b1 H1 x: z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
   " k0 Y7 c; B! K9 l3 d$ O2 U5 F
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)
7 X3 p- r( D- C6 M3 xline 101, 將__enable_mmu的addr放到lr。(留作之後用)
+ d& u0 }: y$ {: Uline 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:
   * V% ]/ Y9 G' F' g
3. 375         mov     r0, #0
   " U2 |* `) H! k" `
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
   + B; w1 p: _& n, J) T
7. 379         mcr     p15, 0, r0, c8, c7              @ invalidate I,D TLBs on v4
   
8. 380 #endif
   $ e( O9 @4 b2 B+ V" T1 H
9. 
   
10. 388         adr     r5, arm926_crval
    " r% s  J, h* _& d& k" I1 Q9 {' A  \4 _$ Y
11. 389         ldmia   r5, {r5, r6}
    
12. 390         mrc     p15, 0, r0, c1, c0              @ get control register v4
    ! w; L" e; m$ d1 |1 k# j5 ?, o9 i
13. 391         bic     r0, r0, r5
    
14. 392         orr     r0, r0, r6
    ( K0 }2 ^; |; ^  p
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，
# s) r. {  \- w5 S& X0 M; eline 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。)
; y# d+ O  C. b; @, Wline 396, 直接把pc跳到lr，因為我們之前已經將lr = enable_mmu，所以直接跳過去。

gogojesse

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) | \
   % y  W7 b. w/ |% `* @) D
5. 173                       domain_val(DOMAIN_IO, DOMAIN_CLIENT))
   5 b/ O& o. c) R9 Y0 j+ j
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
   $ F- ]: r) c, u! v; b; _5 y% H
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)
! u* Z/ }; O% z, ~7 Bline 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
   
4. 194         mrc     p15, 0, r3, c0, c0, 0           @ read id reg
   ; V, R" V4 \. H% N$ O8 O
5. 195         mov     r3, r3
   0 R9 U. O, H+ v# I; J! }
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:
   + _# F, D, g) N0 O) E5 D$ K6 \$ D& _
2. 19         .long   __mmap_switched
   : q+ ^# L7 Y  U; R# p9 F5 c
3. 20         .long   __data_loc                      @ r4
   + W( C6 P* O/ T3 n2 X; M
4. 21         .long   _data                           @ r5
   
5. 22         .long   __bss_start                     @ r6
   
6. 23         .long   _end                            @ r7
   / D# s. S9 B, U
7. 24         .long   processor_id                    @ r4
   
8. 25         .long   __machine_arch_type             @ r5
   
9. 26         .long   __atags_pointer                 @ r6
   2 Y6 [! ^" K: o* Q: K5 T( u' L
10. 27         .long   cr_alignment                    @ r7
    0 ^: I+ |  q/ D
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
   
3. 41
   7 a6 ?" o' r! N1 c: j% ^6 p0 M: L
4. 42         ldmia   r3!, {r4, r5, r6, r7}
   ' O( G8 [( t: @/ y$ s: {
5. 43         cmp     r4, r5                          @ Copy data segment if needed
   $ D; B) ?& X" T! C" C6 G
6. 44 1:      cmpne   r5, r6
   
7. 45         ldrne   fp, [r4], #4
   
8. 46         strne   fp, [r5], #4
   
9. 47         bne     1b
   * A0 ]/ l7 S6 h
10. 48
    
11. 49         mov     fp, #0                          @ Clear BSS (and zero fp)
    ( t1 W+ N( k$ |( r' h
12. 50 1:      cmp     r6, r7
    $ `* \% P1 Y8 d9 j& E6 `
13. 51         strcc   fp, [r6],#4
    3 l5 }4 M+ \/ T! c/ V6 [
14. 52         bcc     1b
    1 }+ C' n! J( b6 P$ G: p
15. 53
    
16. 54         ldmia   r3, {r4, r5, r6, r7, sp}
    
17. 55         str     r9, [r4]                        @ Save processor ID
    ) m1 c+ n/ Q1 r6 g: n2 p
18. 56         str     r1, [r5]                        @ Save machine type
    
19. 57         str     r2, [r6]                        @ Save atags pointer
    * d7 }1 X9 P* R4 E: x; {
20. 58         bic     r4, r0, #CR_A                   @ Clear 'A' bit
    
21. 59         stmia   r7, {r0, r4}                    @ Save control register values
    2 A+ t' Q& C. H1 j1 g2 H* f
22. 60         b       start_kernel
    , i! m& b7 C5 {# p% n8 O+ r
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。
. S# o9 I- x) ^: O1 Nline 39，將__data_loc的addr放到r3
, e8 P6 o# Y1 @$ B" D' j2 Cline 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。
9 D. C8 B8 _$ Y1 e' ^0 ]# Z% nline 49~52, clear BSS。
' F; y* R4 Q: |/ ]; Q4 y! x3 P
& P: G7 l' |# O由於linux kernel在進入start_kernel前有一些前提必須要滿足：
r0  = cp#15 control register
( m6 ]+ a3 @0 t0 L. ]+ ?, dr1  = machine ID
r2  = atags pointer
6 u& b4 {6 S+ f9 }8 K- Hr9  = processor ID

' P! h, c* t* Q所以line 54~59就是在做這些準備。
+ b) e2 z% r( H  i8 ]5 F$ u8 w' @+ m6 d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)
6 L( H- w( p" Q" q! v
, s! G6 a/ L7 ~; Q2 f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。
像是 shedule init, console init, memory init, irq init等等都在start_kernel裡頭。
% [' J$ p+ k( ?2 Y" ~3 g' P: b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。