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
7 O4 ?; I, z/ r1 T" U# j; a  w『mov pc, r4』
+ b7 `" h: r  x7 Jr4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 d) I' m: J& U( u6 P0 B& Z" _所以我們又必須開始找於kernel link的時候是怎麼被安排的，有了前面的基礎，我們可以從Makefile知道程式碼如何被編譯。至於link上的細節，例如有那些section和section先後順序等等，可以從 lds 檔來規範。

有興趣的人可以看一下 kernel source 根目錄裡頭的 Makefile，Makefile file裡面指定了使用vmlinux.lds來當做lds檔。

1. 659 vmlinux-lds  := arch/$(SRCARCH)/kernel/vmlinux.lds

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打開./arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S (會用來產生vmlinux.lds)
" f: M3 y) T- O* I. b! k, p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 : {
   6 n) @6 P- s" {* v% X2 p
2.      27         _stext = .;
   
3.      28         _sinittext = .;
   - r0 {6 @9 j: c, z
4.      29         *(.text.head)
   
5.      30     }

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用指令搜尋一下，發現 ./arch/arm/kernel/head.S 裡頭有關鍵字（如下），結果我們從./arch/arm/boot/compressed/head.S跳到了./arch/arm/kernel/head.S 。

1.      77     .section ".text.head", "ax"
   
2.      78     .type   stext, %function
   
3.      79 ENTRY(stext)
   $ @: m; L$ I# \9 g
4.      80     msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
   0 |7 f$ S# ], u4 q- Y7 O/ O' M
5.      81                         @ and irqs disabled
   " t3 u9 M) D. [
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   5 x% i4 Y/ v3 U
7.      83     bl  __lookup_processor_type     @ r5=procinfo r9=cpuid
   / c. ]4 K6 i$ i# o8 x' p
8.      84     movs    r10, r5             @ invalid processor (r5=0)?
   
9.      85     beq __error_p           @ yes, error 'p'
   
10.      86     bl  __lookup_machine_type       @ r5=machinfo
    $ n9 n. j2 T: s5 a" @8 w
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

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既然找到了檔案，我們又可以開始繼續。
2 B0 r" r7 ?- S) P6 ^  X% N6 t
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 /*
   
2.      60  * Kernel startup entry point.
   1 C5 k8 j8 L* A! O
3.      61  * ---------------------------
   
4.      62  *
   * y& J8 ?6 l! R! Y0 |
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 s, o2 |7 b6 G* G, |1 I; O: `
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)
5 m: f$ w" r2 }2 }( @line 82, 讀取CPU ID到r9
& \! B7 O! T% U* [0 m$ K6 y- n& Fline 83, 跳到 __lookup_processor_type 執行（bl會記住返回位址）。

1.      77     .section ".text.head", "ax"
   ! U3 X- _8 s) Z  p3 a
2.      78     .type   stext, %function
   , P3 ~) }3 o# Q1 o& _
3.      79 ENTRY(stext)
   
4.      80     msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
   3 @  W1 I; r8 Y, E
5.      81                         @ and irqs disabled
   
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   ) k+ K' l- ]9 P8 N
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。
% A/ Q' L7 H' R* ^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）
1 ?+ H+ _  j4 t0 z! oline 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
) E; X! c$ W' `% l7 y) Qline 170, 找不到的話，r5的processor id就放0x0.表示unknown id。

% S- h& E* h3 i8 b8 @__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:
   + q6 d  A5 d) `% R
3.     158     adr r3, 3f
   5 _4 E. r/ G9 t, Y3 h
4.     159     ldmda   r3, {r5 - r7}
   
5.     160     sub r3, r3, r7          @ get offset between virt&phys
   ; q/ Y, u% n# o
6.     161     add r5, r5, r3          @ convert virt addresses to
   
7.     162     add r6, r6, r3          @ physical address space
   ; F' _. k/ Z5 N  ^
8.     163 1:  ldmia   r5, {r3, r4}            @ value, mask
   # j2 L( }/ B( A) f* N
9.     164     and r4, r4, r9          @ mask wanted bits
   
10.     165     teq r3, r4
    4 R: m5 H% S5 l8 r  w$ z6 T
11.     166     beq 2f
    1 T" v: K* R7 {7 Z  @4 C$ j/ G
12.     167     add r5, r5, #PROC_INFO_SZ       @ sizeof(proc_info_list)
    , y$ V6 @8 z5 Y- H2 X0 a# x
13.     168     cmp r5, r6
    & c1 }; k( Q- o* k  z; r; ?& t
14.     169     blo 1b
    7 T* P8 [8 W0 t9 W8 A# b. z/ n, i) [
15.     170     mov r5, #0              @ unknown processor
    / Z0 e+ c+ b! s; ^
16.     171 2:  mov pc, lr
    2 A: e* h& d8 I7 y1 u+ X
17. 
    % C7 H- {6 S8 o
18.     187     .long   __proc_info_begin
    8 F5 p& B9 i3 W1 X
19.     188     .long   __proc_info_end
    / t! [" E3 H' g' o: _7 C8 w
20.     189 3:  .long   .
      _, u2 @2 j5 t5 Y4 a" y
21.     190     .long   __arch_info_begin
    
22.     191     .long   __arch_info_end

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

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我們從 head-common.S返回之後，接著繼續看。
& }/ |4 w" E2 p. k9 h& z
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
   
2.      84         movs    r10, r5                         @ invalid processor (r5=0)?
   9 ]$ i, Q$ G5 g, J/ H& g
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。
: r) \- |. ~' g  {4 ~, I
* Z. ]  E+ ?8 e2. 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 */
   ) S; \6 k" @$ _( k. i' j9 \
2.      50 #define MACHINE_START(_type,_name)                      \
   
3.      51 static const struct machine_desc __mach_desc_##_type    \
   
4.      52  __used                                                 \
   
5.      53  __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {    \
   
6.      54         .nr             = MACH_TYPE_##_type,            \
   3 i% j3 B2 s4 E: I4 j; r9 }
7.      55         .name           = _name,
   
8.      56
   4 [" m9 c7 a! Q0 T6 v
9.      57 #define MACHINE_END                             \
   $ G5 ~) }3 j$ k# r
10.      58 };
    
11.      /* 用法 */
    
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,
    ! s1 U8 D4 p" B5 w/ Q$ V8 F( e
16.      97         .boot_params    = 0x10000100,
    , r+ u7 j  `4 }9 a  C
17.      98         .map_io         = omap_generic_map_io,
    
18.      99         .init_irq       = omap_generic_init_irq,
    # D2 I$ {' L* x8 v, ]* N
19.     100         .init_machine   = omap_generic_init,
    
20.     101         .timer          = &omap_timer,
    % g5 @# X4 O9 J: W5 @
21.     102 MACHINE_END
    
22. 
    - S! n7 O( q9 B( ]+ f
23.     /* func */
    
24.     204         .type   __lookup_machine_type, %function
    8 X9 }& R/ D' t- L
25.     205 __lookup_machine_type:
    ; d. @' K6 \. z' S  B
26.     206         adr     r3, 3b
    4 y4 k, S  {/ \6 E- {) r
27.     207         ldmia   r3, {r4, r5, r6}
    * f( f8 v/ J9 H- I" L$ E
28.     208         sub     r3, r3, r4                      @ get offset between virt&phys
    
29.     209         add     r5, r5, r3                      @ convert virt addresses to
    
30.     210         add     r6, r6, r3                      @ physical address space
    
31.     211 1:      ldr     r3, [r5, #MACHINFO_TYPE]        @ get machine type
    
32.     212         teq     r3, r1                          @ matches loader number?
    
33.     213         beq     2f                              @ found
    
34.     214         add     r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC    @ next machine_desc
      K9 a# g" ]" h( ~  P
35.     215         cmp     r5, r6
    
36.     216         blo     1b
    - o. _( d* t# n8 R( s0 M
37.     217         mov     r5, #0                          @ unknown machine
    
38.     218 2:      mov     pc, lr

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接著我們又返回到head.S，
line 87~88也是做check動作。
3 M8 E' Q7 b% B0 cline 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
   + G, N+ {! ~. ?! x. A: V
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。
3 u2 j, A: f, z% _2 c0 Fline 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。
7 }5 {/ y6 G9 |, X9 ]6 {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
   ' J4 M+ N" z3 |5 O( n& U& F
2.      15 #define ATAG_CORE_SIZE ((2*4 + 3*4) >> 2)
   
3. 
   
4.     243         .type   __vet_atags, %function
   ) f% e3 E, c+ X
5.     244 __vet_atags:
   2 Y; W3 A! D  A! j7 I  Q
6.     245         tst     r2, #0x3                        @ aligned?
   
7.     246         bne     1f
   $ l2 Q( X! I: ?) Y, P
8.     247
   
9.     248         ldr     r5, [r2, #0]                    @ is first tag ATAG_CORE?
   
10.     249         subs    r5, r5, #ATAG_CORE_SIZE
    2 f& t7 r5 y7 L% a' D2 }! v6 T% b: q
11.     250         bne     1f
    1 B2 }6 {1 `4 `# a& f- U% Q% y: Y8 i8 O
12.     251         ldr     r5, [r2, #4]
    ) e0 O( J& o2 \" p
13.     252         ldr     r6, =ATAG_CORE
    " j- D4 E0 [% g& a8 r0 V  D8 A
14.     253         cmp     r5, r6
    
15.     254         bne     1f
    . {$ A+ }3 Q% V$ U
16.     255
    " j3 R& ]1 ~6 l/ T' h- u' t4 Z
17.     256         mov     pc, lr                          @ atag pointer is ok
    
18.     257
    
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。  
' r+ m8 K9 S* ^. Y; C* q0 S5 gline 90，又跳到 __create_page_tables。   (很累人....應該會死不少腦細胞）
3 C0 k  ]' h' Q8 V' @/ Z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：
; k: w3 A" _7 x8 p
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。
3. Makefile & link script - 這兩個功能和撰寫的方式要有簡單的概念。
6 R0 }, R# B! x$ k/ v8 U% f6 Z
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。

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。
5 J0 ]& Y1 h) e) v9 o/ R+ p
2 \9 }: N" t0 y, ?/ |+ k/ A『產生page table到底是要給誰用的？』
3 ~# F4 Y( ^- U* z
/ v( `7 l# H* e8 E1 F" d/ h" o" v) _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。
( d* t$ P0 ~4 R+ Y9 |3 \9 K
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。
6 P/ f3 d0 I1 |4 e6 E+ z  G
( t1 M6 C+ a# i) 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

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。

現在我們回頭想想OS，既然我們跑到create page table，可以預期的是他想要將MMU打開，因此希望預先建立起一個page table，讓MMU知道目前os想規劃的位址對應和讀取權力是如何被安排的。所以os必須考慮到現在的系統究竟是長怎樣？應該要如何被安排？是不是有那些要被保護？好吧∼因為我們完全對os不了解，也不知道該安排什麼，只能祈禱在trace code完後，可以找到這些問題的答案，或者發現一些沒想到的問題。

知道了page table的大致上的功能，下篇就可以專心的研究這個table的長相，和它想規劃出的系統模樣。
7 M: Z/ a# r; b+ K4 J, j
4 v$ b* \* r4 K: L" @% v& }, P  ?8 g: Pp.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∼
7 _: O" |. ^2 }' Gline 216，會跳到pgtbl的macro去執行，其實只是載入一個位址。

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 |& B9 L- x) d* v& F' F
3.     152 TEXT_OFFSET := $(textofs-y)

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1. /* include/asm-arm/arch-omap/memory.h */
   1 G  l+ e4 ^9 a8 k  ^) r  V5 a
2.      40 #define PHYS_OFFSET             UL(0x10000000)
   
3. 
   % ?# ?  i5 q0 ?0 E& R( o! C# c
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)
   # |1 m# x; f% J% L
7. 
   
8.      47         .macro  pgtbl, rd
   7 o! L! P) \$ I
9.      48         ldr     \rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000)
   $ B' e; [! F% r$ w
10.      49         .endm
    8 F" @4 j+ c+ z5 C4 y5 Y
11. 
    # u" t6 R# l4 y( s" G# L
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。
3 d- ~: W, r8 m; ]line 221, 將pg table的base addr放到r0.
. q  K/ @" F. h  zline 223, 將pg table的end addr放到r6.
, {8 z7 A6 ~) f. ?5 Gline 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
   . g2 S% ~) U3 c- e$ }  {$ E! l
2.     222         mov     r3, #0
   
3.     223         add     r6, r0, #0x4000
   
4.     224 1:      str     r3, [r0], #4
   " O" g8 l' r1 ?
5.     225         str     r3, [r0], #4
   , B1 Z" }7 t, u% T: }
6.     226         str     r3, [r0], #4
   
7.     227         str     r3, [r0], #4
   
8.     228         teq     r0, r6
   8 t4 t$ R1 s0 {: j% A% Z
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。
0 I, A8 H$ Q3 u2 m, z% n
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）
3 }8 m' T3 d/ X" n5 [% H1. [31:20]存著section base addr
/ d$ x2 N' m, a8 x/ ]2. [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)
9 _+ l& A; f/ e) A8 J4. pg tabel資料要存放到 [31:14] = translation base, [13:2] = table index , [1:0] = 0b00 的位址
) A. o; T- N5 i2 [$ n9 c/ U$ ]1 f" B# f
來看code是怎麼設定。

7 i6 w; s! C+ p/ Q' Lline 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.。
" }0 f9 l6 n' e, p* ^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。
5 q6 U* b2 n2 q1 e/ F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
   1 c% J$ i+ m; N& l/ u
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∼
% r: k: \. d' \/ T9 U6 t$ x" q) D
上篇已經將pc所屬的page table entry(pte)設定好，接著繼續看
line 247, 248, 將KERNEL_START的位址往右shift 18算出pte的offset，(等於line239&241，239&241是先shift right 20然後shift left 2)，並將剛剛r3的值設給pte。『!』的意思是會把address存到r0。
6 n$ k* p/ f% Y  \
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
   ' r6 e; t+ m- l' A# n" V' s
2.     248         str     r3, [r0, #(KERNEL_START & 0x00f00000) >> 18]!
   ) F' i+ D. g; u9 i8 N
3.     249         ldr     r6, =(KERNEL_END - 1)
   . J0 O" d+ b$ [9 c3 O% w1 v
4.     250         add     r0, r0, #4
   8 N+ H0 {1 B- @( I* z1 E, B8 g
5.     251         add     r6, r4, r6, lsr #18
   9 b  T4 u1 ^4 a! h2 \& Y! x4 ~  U9 E
6.     252 1:      cmp     r0, r6
   
7.     253         add     r3, r3, #1 << 20
   2 Q5 v2 G0 e$ e' g; G0 S
8.     254         strls   r3, [r0], #4
   * O5 a, U+ D% h3 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。
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。

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。

! o: ?7 \2 F3 `* w# g& qline 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
   2 f; N5 V- S) p! e# s! b4 v+ Z% g
2.     280         orr     r6, r7, #(PHYS_OFFSET & 0xff000000)
     x; S# b. J3 a3 K* q
3.     281         .if     (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
4.     282         orr     r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   3 R- {# a+ ]% i5 i* f6 k4 z
5.     283         .endif
   
6.     284         str     r6, [r0]
     K" G, I( }' p+ r
7.     327         mov     pc, lr

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附帶一提，我們這邊省略了一些用ifdef包起來的程式碼，像是一開始會印一些output message的程式碼（line286~326）。

gogojesse

自create page table返回後，我們偷偷看一下接下來的程式碼，
line 99, 將switch_data擺到r13
line 101, 將enable_mmu擺到lr
line 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。
/ @' _( |: x' C7 p0 e2 h# d0 y
& Q2 @- q  \! q! S# Cswitch_data最後就會跳到大家都很熟悉的start_kernel(). 詳細要賣個關子，最近會忙一下，得要過一陣子才能貼文∼  

1.      99         ldr     r13, __switch_data              @ address to jump to after
   
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   $ ~$ w5 e( A/ H) ~% R
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

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gogojesse

老店重新開張~

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
6 S( T7 m/ \. g& B, f+ y/ x0 D" o) G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
& ?6 p8 \1 Q; F$ S# ]希望之後能夠慢慢有系統地整理
大家有興趣的話
1 ?9 F6 P. t( E, E3 h7 I2 ]可以來看看和討論
4 d$ Q; F$ D: w; w; b8 ^4 t3 I# lhttp://gogojesseco.blogspot.com/
7 q8 R' A( @9 d1 n5 J
/ N( k) R5 l( j+ A& ^/ u7 |5 m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
  v+ L) r* h) y% ~: [1 z3 l$ d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
. s# i) l6 T) m. d7 i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
     }# x1 H2 w4 Z* \6 X& t
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)
6 E  s' a$ W9 Z. h7 J9 ?7 [9 ?% Rline 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:
   & i' d# F* e* p! m, Z
3. 375         mov     r0, #0
   # x$ k& h' b2 _6 E+ R& ~4 n% i
4. 376         mcr     p15, 0, r0, c7, c7              @ invalidate I,D caches on v4
   " L7 U; o. M8 P6 s" U7 x& ~
5. 377         mcr     p15, 0, r0, c7, c10, 4          @ drain write buffer on v4
   4 m8 x& b8 q! r3 }) g/ Q" F
6. 378 #ifdef CONFIG_MMU
   
7. 379         mcr     p15, 0, r0, c8, c7              @ invalidate I,D TLBs on v4
   / F; u6 B4 g8 T4 W3 S& C2 V" m9 R
8. 380 #endif
   & {7 v  f0 Z7 `
9. 
   6 i3 |1 r& e" M
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
    ( M9 |3 {1 R" T8 {# i6 d
15. 
    . M+ V- o" k- w7 `/ l3 I/ J! w5 A. 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，
" @, v; ?% v' ~* `line 375~380, 主要就是invalidate CPU的I&D cache和清空write buffer。
6 w3 k* d/ p! p' X# eline 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。)
; t9 r7 V! u  {: w' Q+ K! sline 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:
   + f8 `0 n- p6 t* I% r. ^$ W! r& e
2. 170         mov     r5, #(domain_val(DOMAIN_USER, DOMAIN_MANAGER) | \
   ( S: S  d! C0 [8 B; m* R
3. 171                       domain_val(DOMAIN_KERNEL, DOMAIN_MANAGER) | \
   : o; m0 a2 z3 g8 ^; C& a
4. 172                       domain_val(DOMAIN_TABLE, DOMAIN_MANAGER) | \
   
5. 173                       domain_val(DOMAIN_IO, DOMAIN_CLIENT))
   " u" W5 p4 D" a; K& y- X- l, L$ C
6. 174         mcr     p15, 0, r5, c3, c0, 0           @ load domain access register
   % |' j  Y# j2 A( C
7. 175         mcr     p15, 0, r4, c2, c0, 0           @ load page table pointer
   ; |$ k7 Q! I6 E9 ?& k: `
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)
  o' u/ F) i2 z3 z; V% }% @" Eline 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
   ! d/ }) W2 J7 z. F$ M
3. 193         mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 0           @ write control reg
   % y3 H% B- F) C6 w
4. 194         mrc     p15, 0, r3, c0, c0, 0           @ read id reg
   
5. 195         mov     r3, r3
   
6. 196         mov     r3, r3
   4 a) F3 F) n# m* A! Q
7. 197         mov     pc, r13
   : v0 r) z! r. u- i$ I
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
   
3. 20         .long   __data_loc                      @ r4
   & ]* g5 k9 ~! g: B* `
4. 21         .long   _data                           @ r5
   
5. 22         .long   __bss_start                     @ r6
   
6. 23         .long   _end                            @ r7
   
7. 24         .long   processor_id                    @ r4
   
8. 25         .long   __machine_arch_type             @ r5
   # ~, Z6 a2 N$ @
9. 26         .long   __atags_pointer                 @ r6
   2 R4 |9 v: C8 Y! b4 [5 u! \
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:
   
2. 40         adr     r3, __switch_data + 4
   ; |1 _4 p5 a. I/ O" J
3. 41
   , y6 Q& ~5 h5 S  v5 ?
4. 42         ldmia   r3!, {r4, r5, r6, r7}
   ( _# Z! D* b6 r% Q2 N# [
5. 43         cmp     r4, r5                          @ Copy data segment if needed
   * V( l3 L4 n6 w
6. 44 1:      cmpne   r5, r6
   
7. 45         ldrne   fp, [r4], #4
     S  v0 s1 q0 v& j/ u+ R
8. 46         strne   fp, [r5], #4
   2 _; K) r# g9 W3 v) x9 Z/ V
9. 47         bne     1b
   + T) Z; _8 X7 U1 }7 R1 V
10. 48
    ' J% f, P; Z8 A, l
11. 49         mov     fp, #0                          @ Clear BSS (and zero fp)
    
12. 50 1:      cmp     r6, r7
    
13. 51         strcc   fp, [r6],#4
    * t, C/ O& F# `" h. z" T: e
14. 52         bcc     1b
    ) [# d3 w! r6 {
15. 53
    - b( {- G; ~4 V8 V# Z% z
16. 54         ldmia   r3, {r4, r5, r6, r7, sp}
    % H. v4 O: P6 b
17. 55         str     r9, [r4]                        @ Save processor ID
    5 e4 w) d1 j  o4 t
18. 56         str     r1, [r5]                        @ Save machine type
    
19. 57         str     r2, [r6]                        @ Save atags pointer
    $ E& L' B2 _) V# ~1 i+ J# f
20. 58         bic     r4, r0, #CR_A                   @ Clear 'A' bit
    
21. 59         stmia   r7, {r0, r4}                    @ Save control register values
    
22. 60         b       start_kernel
    4 k7 J6 e" L" r7 j2 {- d
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
line 43~47，看看data segment是不是需要搬動。
line 49~52, clear BSS。
2 v- `# U9 a) C1 C5 Y0 j5 j  g
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
/ Y- i$ G- z. r+ Jr2  = atags pointer
3 ^9 ~8 [0 W7 D* Sr9  = processor ID

所以line 54~59就是在做這些準備。
: }. D: K- g5 E; [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)
0 \3 ^  z# e* }; U+ V
看一下start_kernel()在./init/main.c，終於跳出architecture specific的目錄，表示
" Q3 [. d& x/ }. P, Z. l# Z我們真正的開始linux kernel的初始化。
( [: d& h3 M; O4 E; Z* f像是 shedule init, console init, memory init, irq init等等都在start_kernel裡頭。
  Y) V2 {8 C4 q3 a/ H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。