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』
; l5 i3 V9 Z0 |* t) B, [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？！
6 k- f+ [# F, ]" _' a  e+ r
7 i7 |  C* O9 X) K2 x1 H- i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。

7 n. i) N6 R+ X0 o* [8 o* ^1 |+ 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

複製代碼

打開./arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S (會用來產生vmlinux.lds)
( d: y/ ^0 K* p9 E2 r- y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 = .;
   
3.      28         _sinittext = .;
   % w$ N# I, G" T( c  u$ x
4.      29         *(.text.head)
   ' }+ U" V. Y' g  O, z( l% \
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"
   % b; c" W$ b# ?: E  y
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
   9 q' W! _) D# A; J) R- u$ _! Q
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)?
   0 U' j* ~# M+ e' `
9.      85     beq __error_p           @ yes, error 'p'
   % f- x* B/ f0 C6 V0 q" y9 n% 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
    
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。

0 w- G( ]9 C- u9 O+ n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:
   
2. 40         adr     r3, __switch_data + 4
   : w, R' @) v. b# ~' l$ M- c. V6 i
3. 41
   9 f. d9 w) r0 a$ b7 V! [
4. 42         ldmia   r3!, {r4, r5, r6, r7}
   " ?( J2 e( f( R* B3 I3 r
5. 43         cmp     r4, r5                          @ Copy data segment if needed
   0 u9 _1 ?& I% N# t6 K
6. 44 1:      cmpne   r5, r6
   ; c: m2 C+ p* z7 y+ I
7. 45         ldrne   fp, [r4], #4
   ) {$ O7 H, {9 T6 \
8. 46         strne   fp, [r5], #4
   
9. 47         bne     1b
   
10. 48
    
11. 49         mov     fp, #0                          @ Clear BSS (and zero fp)
    
12. 50 1:      cmp     r6, r7
      k) L% w* \# C* M9 U( ]; T* Z: g
13. 51         strcc   fp, [r6],#4
      U5 |5 a" B: U5 Z" W
14. 52         bcc     1b
    
15. 53
    ( G' D! K4 e% p  w; e
16. 54         ldmia   r3, {r4, r5, r6, r7, sp}
    1 H5 d1 a% l5 Q- q+ D
17. 55         str     r9, [r4]                        @ Save processor ID
    & I) _/ s' B" X; N
18. 56         str     r1, [r5]                        @ Save machine type
    9 v6 z5 X* A3 Z: V# `% 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
    + I6 r$ q' e0 B9 F: L6 q" ~, c6 Y
22. 60         b       start_kernel
    * p1 c' y( t: t
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。
6 K  M( D1 t' U- Bline 39，將__data_loc的addr放到r3
% A; ~9 ]. J3 H' R% {4 V( N: T6 wline 42,從r3的位址，連續讀取四筆資料到r4, r5, r6, r7
; z3 Q8 a" |; l- |" b, f5 mline 43~47，看看data segment是不是需要搬動。
. v' l+ m6 k& E, R0 c: T9 Gline 49~52, clear BSS。

$ O  j1 ~0 D8 {: J  h& h* S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
r1  = machine ID
4 u% o* i9 @( Z5 q+ i. r, `r2  = atags pointer
r9  = processor ID

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)
/ q7 ^9 V; |7 Q! U- j* a2 {
: {% x) t! ^4 l0 M; z9 }- p看一下start_kernel()在./init/main.c，終於跳出architecture specific的目錄，表示
: b! P$ b9 [7 Z5 N# Q  a; d我們真正的開始linux kernel的初始化。
8 j! j$ l% S$ T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。

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1. 155 __enable_mmu:
   
2. 170         mov     r5, #(domain_val(DOMAIN_USER, DOMAIN_MANAGER) | \
   3 k7 z# s7 n3 O" j* {( F6 `( p
3. 171                       domain_val(DOMAIN_KERNEL, DOMAIN_MANAGER) | \
   + l8 o, [8 z" N* W
4. 172                       domain_val(DOMAIN_TABLE, DOMAIN_MANAGER) | \
   . V3 E7 q; }$ a+ Y1 U6 ~9 y3 o* }7 m
5. 173                       domain_val(DOMAIN_IO, DOMAIN_CLIENT))
   % i" o& G) b; q- C) ^
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
   
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: @* k7 N3 H2 Oline 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
   ( |3 |( i+ B- y, j0 T- f$ n8 A3 L
4. 194         mrc     p15, 0, r3, c0, c0, 0           @ read id reg
   
5. 195         mov     r3, r3
   
6. 196         mov     r3, r3
   4 e# T1 i$ P, k+ m. k; B
7. 197         mov     pc, r13
   * v( C( P( l% J0 o: k! Q
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:
   
2. 19         .long   __mmap_switched
   8 T2 w# X" O# c) \) R* b( H6 z
3. 20         .long   __data_loc                      @ r4
   - z+ ^9 l0 d( H# {- V$ F) F) C
4. 21         .long   _data                           @ r5
   , H3 w& G* k* V- u# ?2 L
5. 22         .long   __bss_start                     @ r6
   
6. 23         .long   _end                            @ r7
   - r7 }1 n. |! q- _# C- X" G
7. 24         .long   processor_id                    @ r4
   
8. 25         .long   __machine_arch_type             @ r5
   - }$ J% a8 ?4 j4 N) O
9. 26         .long   __atags_pointer                 @ r6
   
10. 27         .long   cr_alignment                    @ r7
    0 Z$ x' K6 L: P( `- A! b) U
11. 28         .long   init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp
    
12. 29
    4 h1 O1 s. j5 s7 q" S

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
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
   ; V0 D# Y. D' T& d! {0 G% @; V
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 ^) ]" N1 u+ b$ m$ J3 V6 X# ~9 W
2. 374 __arm926_setup:
   
3. 375         mov     r0, #0
   3 V- S6 y) J* ]3 p" Q' 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
   7 `# z$ N6 C( I1 o$ t4 Z! S+ z
6. 378 #ifdef CONFIG_MMU
   4 v6 |% W# ]0 l+ e+ M
7. 379         mcr     p15, 0, r0, c8, c7              @ invalidate I,D TLBs on v4
   
8. 380 #endif
   
9. 
   8 `# @& K9 C, H1 d: @/ X
10. 388         adr     r5, arm926_crval
    
11. 389         ldmia   r5, {r5, r6}
    
12. 390         mrc     p15, 0, r0, c1, c0              @ get control register v4
    
13. 391         bic     r0, r0, r5
    
14. 392         orr     r0, r0, r6
    : |: P# P, z( i, g& p3 s
15. 
    
16. 396         mov     pc, lr
    + b7 {  l1 `1 T. d% Y
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，
) K3 ?9 u4 K1 ~0 dline 375~380, 主要就是invalidate CPU的I&D cache和清空write buffer。
" a4 H* v2 x! p: }2 I: 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。)
& A1 D1 y" D% K; o4 \' C. l! K5 M; eline 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

老店重新開張~
: ?" K1 }0 N8 j
% I: }, @) m9 J- I$ }% s3 k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 R  Z. G6 b  |+ [1 D* K希望會比較容易集中閱讀
目前因為某些敘述不容易
8 m! f9 m9 k( z還是比較偏向筆記式而且用字不夠精確
& }7 H4 \* q, @0 R% P7 H  F( l$ Z( g9 ?希望之後能夠慢慢有系統地整理
0 o1 C0 M$ _) f6 D- b大家有興趣的話
可以來看看和討論
http://gogojesseco.blogspot.com/
3 H" {5 ]9 I* Z! ?5 E# p% I
3 `9 X  M9 T! O+ N/ O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
閱讀也比較集中   大家可以在這邊看到討論
" {/ Q6 l( d" l! u0 y4 ?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，
7 S5 ]; M* {: R) i( wline 99, 將switch_data擺到r13
' [! X+ [2 A3 ]/ h0 ?( Xline 101, 將enable_mmu擺到lr
$ t1 Y8 X7 S- O6 S( Jline 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。
  ~/ F/ x, E: U) l- z9 C% T3 z
$ `  @2 ]2 k7 H! T4 @3 bswitch_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 s' }& M4 W  G* [
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   8 a1 G2 j- J& g+ v
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   , C5 _" ?: `2 o; o8 h2 \
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

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。
0 T8 M; M% J* O7 _line 284，最後將結果存到r0所指到的pte。

- u- f$ T3 W* I! M以上三個動作，就是做好 ram 起頭的位址一開始map，還沒做完整塊map。由於我們目前的設定方式每塊是1MB，所以這邊是將RAM開始的1MB做map。
! |! I$ G6 E  r  L) _& Z
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
   . l4 H+ K" Y/ F% v
2.     280         orr     r6, r7, #(PHYS_OFFSET & 0xff000000)
   
3.     281         .if     (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
4.     282         orr     r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   6 J$ K( E, T4 A% W. P8 o
5.     283         .endif
   4 t$ H* u; {, q0 H- q( w
6.     284         str     r6, [r0]
   2 l6 Z0 [( ]6 X7 j- L
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

最近又被釘上了，開始忙碌，大概沒太多時間貼文∼
: E' h3 J' y1 D; U' J+ Y
9 z- b- A! l" |上篇已經將pc所屬的page table entry(pte)設定好，接著繼續看
, [- W. B( I6 k) e" e! [9 H9 xline 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。
: b7 i6 ^6 w2 Y; \- T& J( @, e
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]!
   - T) w: ~5 I; s1 M) E' Q
3.     249         ldr     r6, =(KERNEL_END - 1)
   
4.     250         add     r0, r0, #4
   
5.     251         add     r6, r4, r6, lsr #18
   
6.     252 1:      cmp     r0, r6
   
7.     253         add     r3, r3, #1 << 20
   8 o) h4 j# {4 n3 I) R! n
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。
; s5 f% R  b7 `2 W! u
, y0 I% H1 \# F$ I) _$ V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. [31:20]存著section base addr
2. [19:2]存著mmu flags
* \! @1 N# p1 z0 l4 U3. [1:0]用來辨別這是存放哪種page, 有四種:
# K. H( d7 D1 S. S   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
; N  Y2 _/ Z+ u' ]- F* m7 @
來看code是怎麼設定。
- z( `" ^/ s7 p+ G) q& B' m8 s
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.。
; y2 D/ ]) m. }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。
; K  r3 W3 r9 W: U! i6 \5 @8 w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
   
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

得到pg table的開始位置之後，當然就是初始化囉。
, o0 H9 x+ t4 o7 ~) ^0 lline 221, 將pg table的base addr放到r0.
( M$ }  Y' D$ e" }. Y! c7 g; Mline 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
   ; T5 m/ A; M; O  N" Z0 c
2.     222         mov     r3, #0
   
3.     223         add     r6, r0, #0x4000
   
4.     224 1:      str     r3, [r0], #4
   % v5 _! B, i* ?4 _, B* a
5.     225         str     r3, [r0], #4
   
6.     226         str     r3, [r0], #4
   # c! D5 s# x! _3 J
7.     227         str     r3, [r0], #4
   9 J3 B; _8 y  U
8.     228         teq     r0, r6
   8 L/ \6 E" o% _" `
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∼
line 216，會跳到pgtbl的macro去執行，其實只是載入一個位址。
; r% z' N  C$ l0 M2 `- ]* Y
2 D6 c6 l2 t% Y6 g3 A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
   . ^; _: ^1 @% v: y$ s
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)
   7 j% v- m$ {! j' w) e& e$ D
3. 
   
4.      /* arch/arm/kernel/head.S */
   * Q  Y* E9 I5 H# V
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)
   # d. W# k8 G( k5 P6 J
10.      49         .endm
    
11. 
    
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。
' C9 e5 x6 _: T% R! y9 n7 w9 {0 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。
/ U3 E; ]2 y# h( r! 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。

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。
+ }/ F2 A, L& r6 K) K0 r9 l
2 K. r8 v7 X: o/ s* L# l『產生page table到底是要給誰用的？』

! r; K! w6 u0 `, k0 K8 v1 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。
2 Q! ?- R) n' E( d
7 }0 ?7 I( B0 F! ]2 C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 q4 E9 A" S8 U1 s; ~. n: N
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：

/ A& s5 N! h7 o2 D& x' H1. 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。

: {& O+ v4 V7 W, G- b  @' q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。

6 q! a" M6 |0 l2 ^/ 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

接著我們又返回到head.S，
# V9 z  Z. I" ~8 `line 87~88也是做check動作。
1 ?) s; V  ~, X  R8 E+ e8 Tline 89跳到vet_atags。在head-common.S

1.      87         movs    r8, r5                          @ invalid machine (r5=0)?
   ! m9 W3 c% Q1 f; Q: H1 o
2.      88         beq     __error_a                       @ yes, error 'a'
     P+ z) [& R  s4 E$ J/ @4 w
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。
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。
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。
  `' i( C5 T3 ~& p% ^' D; @（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
   
5.     244 __vet_atags:
   
6.     245         tst     r2, #0x3                        @ aligned?
   
7.     246         bne     1f
   ; z$ J' f8 T( J$ ^6 s5 p& O
8.     247
   
9.     248         ldr     r5, [r2, #0]                    @ is first tag ATAG_CORE?
   
10.     249         subs    r5, r5, #ATAG_CORE_SIZE
    . z. ]+ I& N- @* A
11.     250         bne     1f
    6 x8 O) d$ m/ [9 v: `
12.     251         ldr     r5, [r2, #4]
    
13.     252         ldr     r6, =ATAG_CORE
    ! ~& Y$ B: \' \
14.     253         cmp     r5, r6
    
15.     254         bne     1f
    
16.     255
    - Q, U* @+ }) A( h, y2 O9 w- j
17.     256         mov     pc, lr                          @ atag pointer is ok
    , {! e! z- O9 h6 }
18.     257
    
19.     258 1:      mov     r2, #0
    . E- R8 H$ q- L
20.     259         mov     pc, lr

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接著我們又跳回去head.S。  
line 90，又跳到 __create_page_tables。   (很累人....應該會死不少腦細胞）
+ ^& s5 d* P, }/ b5 t8 F1 X+ c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。

line 84, movs的意思是說，做mov的動作，並且將指令的S bit設起來，最後的結果也會update CPSR。這個指令執行的過程當中，會根據你要搬動的值去把N and Z flag設好。這個是有助於下個指令做check的動作。
line 85, 就是r5 = 0的話，就跳到__error_p去執行。
line 86, 跳到__lookup_machine_type。原理跟剛剛找proc的資料一樣。

1.      83         bl      __lookup_processor_type         @ r5=procinfo r9=cpuid
   , H" L0 H% W( P! _# d; R6 L' c$ T3 k+ f
2.      84         movs    r10, r5                         @ invalid processor (r5=0)?
   7 V: V1 }  c. S: s6 |& d7 f! J* E
3.      85         beq     __error_p                       @ yes, error 'p'
   7 L/ @9 l6 f9 L1 K7 X9 ?4 R. q# M
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 */
   ( B; ?6 G/ K2 T
2.      50 #define MACHINE_START(_type,_name)                      \
   % g) p6 k! I" Z! D
3.      51 static const struct machine_desc __mach_desc_##_type    \
   
4.      52  __used                                                 \
   
5.      53  __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {    \
   & I8 T. t) q- m/ }( E& r
6.      54         .nr             = MACH_TYPE_##_type,            \
   
7.      55         .name           = _name,
   
8.      56
   8 O  @  d0 J& g9 S
9.      57 #define MACHINE_END                             \
   7 z; L3 z: `4 o8 c- C
10.      58 };
    
11.      /* 用法 */
    
12.      93 MACHINE_START(OMAP_GENERIC, "Generic OMAP1510/1610/1710")
    
13.      94         /* Maintainer: Tony Lindgren <tony@atomide.com> */
    0 l/ U/ G% n$ f8 q* O" e" O
14.      95         .phys_io        = 0xfff00000,
    
15.      96         .io_pg_offst    = ((0xfef00000) >> 18) & 0xfffc,
    
16.      97         .boot_params    = 0x10000100,
    1 n& a5 B2 Y8 l; r- n
17.      98         .map_io         = omap_generic_map_io,
    
18.      99         .init_irq       = omap_generic_init_irq,
    3 f8 B8 q9 B8 B
19.     100         .init_machine   = omap_generic_init,
    
20.     101         .timer          = &omap_timer,
    
21.     102 MACHINE_END
    6 V" f3 n$ ^9 p
22. 
    1 ^+ |, J, Y7 a% c7 |
23.     /* func */
    9 U  s) c/ U1 V$ \$ ^
24.     204         .type   __lookup_machine_type, %function
    ) ?; r0 M- v! F4 Z
25.     205 __lookup_machine_type:
    + `6 y, R0 n" T' B- ~3 J
26.     206         adr     r3, 3b
    - U2 G; _' _: t4 S* x. |. F
27.     207         ldmia   r3, {r4, r5, r6}
    ! e  x2 @: }7 o. X2 X
28.     208         sub     r3, r3, r4                      @ get offset between virt&phys
    + N5 U, z" d) p/ G$ C
29.     209         add     r5, r5, r3                      @ convert virt addresses to
    : \: C2 u% H( V3 c
30.     210         add     r6, r6, r3                      @ physical address space
    6 v' l. \( p# l
31.     211 1:      ldr     r3, [r5, #MACHINFO_TYPE]        @ get machine type
    
32.     212         teq     r3, r1                          @ matches loader number?
    2 m0 I- O. o% i/ Z/ {9 [! f
33.     213         beq     2f                              @ found
      E  ]: T) P- I, v: I  M5 S
34.     214         add     r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC    @ next machine_desc
    9 T. c: I6 @4 B# @6 R- C
35.     215         cmp     r5, r6
    
36.     216         blo     1b
    
37.     217         mov     r5, #0                          @ unknown machine
    , |6 ?7 e, |" X. c- {4 s
38.     218 2:      mov     pc, lr

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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。
. u! c. ]  q, d' T
% I! O3 e2 e0 ^/ a" j" H1 N, t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 /*
   7 Y3 M- z$ w8 Z. L  ]/ n9 b
2.      60  * Kernel startup entry point.
   + z8 K" a6 o# {0 L) r# K0 p2 e0 y2 J2 A
3.      61  * ---------------------------
   + M- U/ a  k; _7 v0 k9 O
4.      62  *
   - P# J. V8 c1 u3 H
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。
# J  K" Y# W; [- _' N/ w$ vline 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"
   
2.      78     .type   stext, %function
   " {0 v, \) ~# W3 C) W, ^
3.      79 ENTRY(stext)
   2 ^, h- U: k! ?  `- d& H
4.      80     msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
   . W4 M4 g, u, l8 Z
5.      81                         @ and irqs disabled
   
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
     k2 |8 W6 }) i7 E/ D4 h; K
7.      83     bl  __lookup_processor_type     @ r5=procinfo r9=cpuid

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接著會跳到head-common.S這個檔，
line 158, (3f表示forware往前找叫做『3』label)將label 3的address放到r3。
line 159, 將r3指到的位址的資料，依序放到r7, r6, r5.(ldmda的da是要每次都位址減一次）
line l60, 161, 利用真實得到位址r3減去取得資料的位址得到一個offset值，這樣可計算出r5, r6真正應該要指到的地方。
line 163~169,這邊的程式應該不陌生，就是在各個CPU info裡面找尋對應的structure。找到的話就跳到line 171，返回head.S
line 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
   " }) }0 N& |. t  M: M# F
2.     157 __lookup_processor_type:
   
3.     158     adr r3, 3f
   0 A- H6 |6 Y& O/ ~! G0 \" e
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
   8 {7 `7 I" e" y2 ^$ T& K5 k& ~2 B
7.     162     add r6, r6, r3          @ physical address space
   9 @! S' k" N8 ~
8.     163 1:  ldmia   r5, {r3, r4}            @ value, mask
   
9.     164     and r4, r4, r9          @ mask wanted bits
   
10.     165     teq r3, r4
    , X1 s+ M; b6 r
11.     166     beq 2f
    
12.     167     add r5, r5, #PROC_INFO_SZ       @ sizeof(proc_info_list)
    
13.     168     cmp r5, r6
    8 L! I  Z' @* ^1 ]* b! ~9 p
14.     169     blo 1b
    
15.     170     mov r5, #0              @ unknown processor
    9 K& f; q4 x8 _6 q3 k5 n
16.     171 2:  mov pc, lr
    0 p; b# f; s3 O! j0 _
17. 
    7 I& n8 R# I: z, W
18.     187     .long   __proc_info_begin
    
19.     188     .long   __proc_info_end
    ' }3 T) z! ]+ [+ D; h
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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。