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
' j  J' Z. }; u) @% I『mov pc, r4』
5 K' W5 D# U' \, `( J) `4 sr4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 G2 ]7 K+ q! O2 o$ G
8 q1 W3 q( U) @2 U  n) ?- k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)
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 = .;
   9 ?, W3 R* l; B: T$ b/ o
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"
   ( G# o  ?* a1 {. s' [
2.      78     .type   stext, %function
   ' P0 S5 }2 l5 k# }+ K: r3 s
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
   
7.      83     bl  __lookup_processor_type     @ r5=procinfo r9=cpuid
   
8.      84     movs    r10, r5             @ invalid processor (r5=0)?
   
9.      85     beq __error_p           @ yes, error 'p'
   + ~/ p2 |$ s3 A& D
10.      86     bl  __lookup_machine_type       @ r5=machinfo
    
11.      87     movs    r8, r5              @ invalid machine (r5=0)?
    9 ^2 U& z* q* W- h0 W# E
12.      88     beq __error_a           @ yes, error 'a'
    ) F) W. y0 {8 ?& i2 H
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。

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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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。

7 o- B$ v4 B) y; G; h$ ^6 v( 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
   
6.      64  * are: MMU = off, D-cache = off, I-cache = dont care, r0 = 0,
   " V: G1 ~/ a: \/ H% _# r4 k
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。
9 I0 n; C  ~) g4 ~; u' a5 J1 gline 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
( B  a+ b. x, V, S/ l# e9 x8 C; hline 83, 跳到 __lookup_processor_type 執行（bl會記住返回位址）。

1.      77     .section ".text.head", "ax"
   ( b3 |, u2 B) n# ~2 y
2.      78     .type   stext, %function
   : i* E% A+ f/ Y4 Y8 x- P( P
3.      79 ENTRY(stext)
   7 `, q& \: |4 E; _4 M" H6 }: k
4.      80     msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
   
5.      81                         @ and irqs disabled
   7 r) G- x! }$ j% S6 {+ r) v5 o. G
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，
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。
6 h4 {; Q" A& U* A# ^- w( e( @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
   % D5 Z7 ]7 S9 X
2.     157 __lookup_processor_type:
   
3.     158     adr r3, 3f
   
4.     159     ldmda   r3, {r5 - r7}
   * {# w- M; b5 Z9 T
5.     160     sub r3, r3, r7          @ get offset between virt&phys
   
6.     161     add r5, r5, r3          @ convert virt addresses to
   9 m: _/ P. j& B; m7 p6 K
7.     162     add r6, r6, r3          @ physical address space
     t; |0 m7 y5 Q$ r  [
8.     163 1:  ldmia   r5, {r3, r4}            @ value, mask
   
9.     164     and r4, r4, r9          @ mask wanted bits
   1 ^0 @6 G  R7 C5 ?" p/ Y
10.     165     teq r3, r4
    
11.     166     beq 2f
    
12.     167     add r5, r5, #PROC_INFO_SZ       @ sizeof(proc_info_list)
    
13.     168     cmp r5, r6
    
14.     169     blo 1b
    8 P2 B' F: _* A, A4 o- E7 I
15.     170     mov r5, #0              @ unknown processor
    
16.     171 2:  mov pc, lr
    
17. 
    , P: H( x" T$ c( \5 D1 A
18.     187     .long   __proc_info_begin
    0 H6 q# ?% y5 r7 B, ]
19.     188     .long   __proc_info_end
    ( Q4 P; g7 N9 u- N4 z/ t
20.     189 3:  .long   .
    
21.     190     .long   __arch_info_begin
    * ^- f) G. v& M, G& k# U
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。

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。
2 u, n% O% t& b/ k" f0 @0 Nline 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)?
   6 K. q: `. J" ^  ?8 h# |) q
3.      85         beq     __error_p                       @ yes, error 'p'
   - G; T2 q: k, x+ \
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
! o$ S, B- C" C3 w5 O6 d- O: ?
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 */
   3 [( g$ m$ \3 E
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,            \
   / k: ?/ ^( N/ I) k: a- a% d2 ?- C- @
7.      55         .name           = _name,
   ( d, g3 I7 E# I
8.      56
   7 q' I8 ?5 f4 ?
9.      57 #define MACHINE_END                             \
   7 a: t6 w+ k7 F6 f! U1 z
10.      58 };
    
11.      /* 用法 */
    / x) Z" y# u6 q+ e9 ?+ d% q
12.      93 MACHINE_START(OMAP_GENERIC, "Generic OMAP1510/1610/1710")
    
13.      94         /* Maintainer: Tony Lindgren <tony@atomide.com> */
    ( x# b4 F9 {& Q9 g5 I
14.      95         .phys_io        = 0xfff00000,
    
15.      96         .io_pg_offst    = ((0xfef00000) >> 18) & 0xfffc,
    
16.      97         .boot_params    = 0x10000100,
    $ e: t- ]6 Z! g
17.      98         .map_io         = omap_generic_map_io,
    / X7 d% C. u- w
18.      99         .init_irq       = omap_generic_init_irq,
    0 f) Q( D, }9 t
19.     100         .init_machine   = omap_generic_init,
    
20.     101         .timer          = &omap_timer,
    
21.     102 MACHINE_END
    
22. 
      U  S% K, @/ b+ `5 b, U' M  c) ~
23.     /* func */
    9 \+ b1 V$ a+ F0 v! B5 ~1 h1 }/ [) c
24.     204         .type   __lookup_machine_type, %function
    ) }* k/ `1 O6 s
25.     205 __lookup_machine_type:
    ; y; S/ @- }* S! \0 D' c5 d2 U
26.     206         adr     r3, 3b
    
27.     207         ldmia   r3, {r4, r5, r6}
    
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
    # @& K  D" t8 K& p4 l
31.     211 1:      ldr     r3, [r5, #MACHINFO_TYPE]        @ get machine type
    # E* E( V$ b5 P: Y. e
32.     212         teq     r3, r1                          @ matches loader number?
    
33.     213         beq     2f                              @ found
    
34.     214         add     r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC    @ next machine_desc
    . }5 @8 c. n6 n! T5 R) ~
35.     215         cmp     r5, r6
    
36.     216         blo     1b
    
37.     217         mov     r5, #0                          @ unknown machine
    8 [* s+ V9 g" ~2 v4 @) Y, c5 }
38.     218 2:      mov     pc, lr

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接著我們又返回到head.S，
) `1 }5 c# Z0 v# Y1 Z' iline 87~88也是做check動作。
line 89跳到vet_atags。在head-common.S

1.      87         movs    r8, r5                          @ invalid machine (r5=0)?
   " c- t$ Q0 P$ g0 {3 K
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。
* B, ]' X/ t: E7 V, }0 E9 Gline 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 |6 i# L( \) n+ I* d& \% Y' \9 V9 Xline 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。
  [5 e& y: `% a$ D3 u（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
   3 _3 x8 q! M) O, `+ B, j
2.      15 #define ATAG_CORE_SIZE ((2*4 + 3*4) >> 2)
   
3. 
   . e" V: o: P: I  q( j% Z! \
4.     243         .type   __vet_atags, %function
   
5.     244 __vet_atags:
   
6.     245         tst     r2, #0x3                        @ aligned?
   
7.     246         bne     1f
   " N' ~' U; N/ e" j! d
8.     247
   , V! W) B! s9 `6 Z. u
9.     248         ldr     r5, [r2, #0]                    @ is first tag ATAG_CORE?
   1 w* }0 ?/ }! F" H- h
10.     249         subs    r5, r5, #ATAG_CORE_SIZE
    
11.     250         bne     1f
    
12.     251         ldr     r5, [r2, #4]
    5 A9 F4 Y- W6 _" y" H
13.     252         ldr     r6, =ATAG_CORE
    + ~, v* R9 v2 s5 Z
14.     253         cmp     r5, r6
    
15.     254         bne     1f
    1 A8 b6 L; {2 E$ B5 e
16.     255
    
17.     256         mov     pc, lr                          @ atag pointer is ok
    
18.     257
    - ]- U  `' C9 V4 O* A! d  |
19.     258 1:      mov     r2, #0
    8 s7 V' Y# n" i# v  t
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）
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：

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。
* }* e& b4 M# j% S3 A& h9 V' D; D" {3. Makefile & link script - 這兩個功能和撰寫的方式要有簡單的概念。

7 t3 V! ?- C, Q+ W, Z  r* y% m0 L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 C  d/ Y& E# w0 W, L; \由於我們trace到了page table這個關鍵字，在開始之前，稍微簡短的解釋，為了幫助了解，儘量用易懂的概念講，有些用詞可能會和一些真實狀況不同，但是懂了之後，應該會有能力分辨，至於正式而學術上解說，很多書上應該都有，或是google一下就很多啦∼

gogojesse

page table本身是很抽象的東西，尤其是對所謂的 user-mode application programmer 來說，大部分的狀況它是不需要被考慮到的部份，但是他的產生卻對os和driver帶來了很多影響。我們從一個小小的疑問出發。
6 Q; \4 f0 V' e! p2 g
『產生page table到底是要給誰用的？』

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。

3 j# k8 J, d" f' @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。

- a5 o6 j2 T! |+ J- A0 R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。
) l9 B" |( A' \0 I' x
" q6 K! R1 l; m% q0 }% v  J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。
$ x( k8 g. _  l2 X% D
p.s. 字數限制好像變短了。   （看來很難寫）

gogojesse

由於字數限制挑整，用詞儘量精簡，以便可以貼必要source。另外，以後寫到一段落，考慮收集成一篇完整的文章，這樣應就不會因為用回覆的方式，造成閱讀斷斷續續的問題。希望有人對文章呈現方式有想法的話，可以跟我講。

gogojesse

現在，讓我們跳入create_page_tables吧∼
line 216，會跳到pgtbl的macro去執行，其實只是載入一個位址。
/ K3 }4 p: y. S7 K& M% Q' x8 p
! R# s9 J" @( U) n$ N6 G9 W# H* r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
   % w+ j; b; _7 `8 _9 S/ x; U
3.     152 TEXT_OFFSET := $(textofs-y)

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1. /* include/asm-arm/arch-omap/memory.h */
   7 m: i$ `5 V5 ?9 m. M
2.      40 #define PHYS_OFFSET             UL(0x10000000)
   0 f- Q, q. z. Z; U: _2 i0 J# \7 y- c
3. 
   ( X- y6 O* N& ]! o8 H
4.      /* arch/arm/kernel/head.S */
   3 w4 o; b1 ^# ]5 Q
5.      29 #define KERNEL_RAM_VADDR        (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   ; M2 {! F; o3 t( z: q
6.      30 #define KERNEL_RAM_PADDR        (PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   ( f% H, j! Q+ f$ H6 b2 R
7. 
   2 E) I3 x+ t; d
8.      47         .macro  pgtbl, rd
   9 P5 |, i$ v! H% u+ f* k
9.      48         ldr     \rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000)
   
10.      49         .endm
    
11. 
    
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。
6 d) ~" a9 I, }, |9 Bline 221, 將pg table的base addr放到r0.
line 223, 將pg table的end addr放到r6.
# H/ F, f- D! }: Yline 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
   % z9 l& V' U; c9 m( m
2.     222         mov     r3, #0
   
3.     223         add     r6, r0, #0x4000
   
4.     224 1:      str     r3, [r0], #4
   
5.     225         str     r3, [r0], #4
   ! Y4 s0 \  S! p: k; A9 u. D, g
6.     226         str     r3, [r0], #4
   
7.     227         str     r3, [r0], #4
   . Z! C7 y: K. o  K/ c
8.     228         teq     r0, r6
   0 W- a4 V, W- j$ I
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？？
4 ?% b7 p: D3 ^0 P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。
* [% t; J/ }. {0 A; R$ ]% L
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
8 A4 g9 Z# u4 _2 ~) }; o, j) ^1 Z% q3 f2. [19:2]存著mmu flags
3. [1:0]用來辨別這是存放哪種page, 有四種:
   a. fault (00) b. coarse page (01) c. section (1st level) (10) d. fine page (11)
4. pg tabel資料要存放到 [31:14] = translation base, [13:2] = table index , [1:0] = 0b00 的位址
3 U- Y* R* \3 q4 v$ h1 |
" \" H) f( Z$ j% u& c1 R5 q$ A- u來看code是怎麼設定。

1 A$ U! u" F! D, Eline 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.。
. W5 B7 y8 T! \& R# cline 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。
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

最近又被釘上了，開始忙碌，大概沒太多時間貼文∼
0 d- Q: l' O: {5 ^# `
上篇已經將pc所屬的page table entry(pte)設定好，接著繼續看
# k" B. K. F. ^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。

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]!
   ! u, M* I# e: G
3.     249         ldr     r6, =(KERNEL_END - 1)
   2 L1 V! m# i+ ~4 M6 [$ T, w
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.     254         strls   r3, [r0], #4
   * Z. }) c" m9 D3 E) W
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。
; i* J5 }: f5 ]: O# Sline 280~283,將要 map 的physical address的方式算出來放到r6。
% O3 V8 k. _/ }; \$ v: w+ Qline 284，最後將結果存到r0所指到的pte。
2 K, J) z; D  E2 L8 ]
7 y! Y$ n. Y$ o; w/ \' v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。
# z# s: e* Z4 r1 S' R
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
   3 z0 l* B: ]& `+ P0 l
2.     280         orr     r6, r7, #(PHYS_OFFSET & 0xff000000)
   8 x& I- E$ P0 a7 K  F2 Q! K" W
3.     281         .if     (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
4.     282         orr     r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   7 b+ ~& s8 W0 x" B! S( U( y
5.     283         .endif
   
6.     284         str     r6, [r0]
   & ?3 _  |; h* S' K3 M* p
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
7 u; K0 C0 ~9 q. j- Y6 Cline 101, 將enable_mmu擺到lr
8 O; b+ W9 {1 B: ^line 102, 將pc改跳到r10+PROCINFO_INITFUNC的地方去
/ u" I5 [( S0 t3 N% I3 _
& n& g( a0 S0 n$ z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。
1 l. H- W' k; L. ^, F# I
% O" b* |4 H2 Aswitch_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
   $ W& I3 P8 F& [4 f" C' h+ B2 t
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   " J& L4 K# }5 C  ~  q2 t
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
* I/ h4 s& u" j+ o& i有把一些敘述修改過
希望會比較容易集中閱讀
. b+ V) i" c. k& t( l: s! N3 y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
希望之後能夠慢慢有系統地整理
大家有興趣的話
* B( \8 \+ P. Y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
8 r0 p% U' c. B9 N$ ?/ r因為chip123比較方便討論 =)
. T4 c8 P* F* _( K, D$ F7 |blog編輯修改起來比較方便
" U* }0 x3 J% Z% r閱讀也比較集中   大家可以在這邊看到討論
; C8 Q  M" h) ~; X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
6 ?$ b7 l& o4 C8 h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 I# \" n4 C; k3 w/ l4 m! v
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   ( G/ r" F+ u1 j& \2 g
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   0 ?7 t4 Z& |8 _
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

複製代碼

line 99, 將__switch_data放到r13。(留作之後用)
3 \) ^# S+ \( ~+ A- Lline 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
   3 L. a5 c' B. J  b  _+ P5 m
2. 374 __arm926_setup:
   
3. 375         mov     r0, #0
   
4. 376         mcr     p15, 0, r0, c7, c7              @ invalidate I,D caches on v4
   
5. 377         mcr     p15, 0, r0, c7, c10, 4          @ drain write buffer on v4
   
6. 378 #ifdef CONFIG_MMU
   8 v/ x' m; |/ S3 }# {
7. 379         mcr     p15, 0, r0, c8, c7              @ invalidate I,D TLBs on v4
   2 Z- @2 j5 C# [
8. 380 #endif
   
9. 
   
10. 388         adr     r5, arm926_crval
    
11. 389         ldmia   r5, {r5, r6}
    # ~; K, D5 z# Y2 G
12. 390         mrc     p15, 0, r0, c1, c0              @ get control register v4
    
13. 391         bic     r0, r0, r5
    
14. 392         orr     r0, r0, r6
    8 Z# p; Y( I0 U" o& c) g4 u
15. 
      q" i, v) U; }  m' b1 w
16. 396         mov     pc, lr
    ; G+ w. E$ n) q) v  f
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，
& C+ K/ `9 M4 Y, T) j& tline 375~380, 主要就是invalidate CPU的I&D cache和清空write buffer。
- F5 e, G& R8 `+ ^  rline 388~392, 把cp15的設定讀出來，並且將一些預設狀態做好運算放到r0。(預設值從arm926_crval這邊可以取得。)
line 396, 直接把pc跳到lr，因為我們之前已經將lr = enable_mmu，所以直接跳過去。

gogojesse

1. 155 __enable_mmu:
   
2. 170         mov     r5, #(domain_val(DOMAIN_USER, DOMAIN_MANAGER) | \
   1 I- L* u% j- {- e' z
3. 171                       domain_val(DOMAIN_KERNEL, DOMAIN_MANAGER) | \
   9 L6 {3 M& f4 U. v
4. 172                       domain_val(DOMAIN_TABLE, DOMAIN_MANAGER) | \
   ! G0 H- C4 r9 l! A8 A
5. 173                       domain_val(DOMAIN_IO, DOMAIN_CLIENT))
   0 |) w2 Q* h8 E) Q+ b
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
   1 V8 z1 J& g7 [
9. 177 ENDPROC(__enable_mmu)

複製代碼

line 170~174，設置好domain access。(domain access可以先當成設置access的權限，或許以後可以寫詳細的文章說明)
line 175~176，將create好的page table開頭丟給mmu。跳到turn_mmu_on

1. 191 __turn_mmu_on:
   
2. 192         mov     r0, r0
   
3. 193         mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 0           @ write control reg
   5 W2 _) F# `# `# h6 p0 p2 x! {$ p3 g
4. 194         mrc     p15, 0, r3, c0, c0, 0           @ read id reg
   ! o3 M, n( Z* E+ m) V, p/ O- ^, s
5. 195         mov     r3, r3
   
6. 196         mov     r3, r3
   " t3 Q6 h, e9 m2 M( j
7. 197         mov     pc, r13
   , e$ C" ?- n/ t% X7 s: 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
   
4. 21         .long   _data                           @ r5
   
5. 22         .long   __bss_start                     @ r6
   / j( s6 D. l" d
6. 23         .long   _end                            @ r7
   
7. 24         .long   processor_id                    @ r4
   : H% U, w9 G$ j. i1 @+ M
8. 25         .long   __machine_arch_type             @ r5
   $ T0 y/ X2 t( L& K' }
9. 26         .long   __atags_pointer                 @ r6
   
10. 27         .long   cr_alignment                    @ r7
    , c. ]# e5 H) p9 Q
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:
   7 n& }2 f* Q/ T- R  I. Q; D/ W' S
2. 40         adr     r3, __switch_data + 4
   
3. 41
   * v% `& B$ C  R+ f4 V
4. 42         ldmia   r3!, {r4, r5, r6, r7}
   ' @& j2 T* v. b# h4 N, y% e
5. 43         cmp     r4, r5                          @ Copy data segment if needed
   9 t* w: n! c' y$ Z# [# ^1 v
6. 44 1:      cmpne   r5, r6
   & s- ?6 B, E  c+ F4 c, m
7. 45         ldrne   fp, [r4], #4
   * K  W" \) d1 u
8. 46         strne   fp, [r5], #4
   
9. 47         bne     1b
     }! J( r* L3 Z, Q. ~8 {/ e
10. 48
    
11. 49         mov     fp, #0                          @ Clear BSS (and zero fp)
    " p% v* O: I5 P* K
12. 50 1:      cmp     r6, r7
    2 @$ V6 P& X, s) a: J
13. 51         strcc   fp, [r6],#4
    7 ]9 L. \! ]* u& y+ B
14. 52         bcc     1b
    
15. 53
    % l" ?' d/ f7 S% O" k0 V% r& {
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
    
19. 57         str     r2, [r6]                        @ Save atags pointer
    0 x& K& b* C* w6 l- j0 _0 [" Y2 ~
20. 58         bic     r4, r0, #CR_A                   @ Clear 'A' bit
    $ C( g/ Q( L7 {# E2 \# ]
21. 59         stmia   r7, {r0, r4}                    @ Save control register values
    
22. 60         b       start_kernel
    
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
! p" u* h$ R4 b5 F# M6 a8 E9 iline 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。
% \( P: a7 p7 [2 U. y( @line 49~52, clear BSS。

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
- Z2 V& B1 ~. U, h+ t* U1 Cr2  = atags pointer
  H2 O6 d" v6 e! U' O/ qr9  = processor ID

% c" L* J; @+ U6 N0 N- M7 w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)
) V' }. O7 I% x% [8 c3 Q' H
' k6 c& l9 j$ @" [4 I' z" I" ~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。
  \3 n$ j1 o# ]( d; w像是 shedule init, console init, memory init, irq init等等都在start_kernel裡頭。
% R  i6 O. L! j, I6 V( z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。