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』
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。
/ k7 l5 S$ b) J# h+ y. u2 ?
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)
) o5 ?2 }* @  Y3 Q  C; v5 {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。
3 s# y# ?2 B2 l' i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 = .;
   , L# n! Y$ n2 R% s6 j9 q# ?1 Y
3.      28         _sinittext = .;
   
4.      29         *(.text.head)
   
5.      30     }

複製代碼

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

1.      77     .section ".text.head", "ax"
   
2.      78     .type   stext, %function
   
3.      79 ENTRY(stext)
   ; N) O% A7 j% R$ F% Y* x  [, Y3 j
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
   + c3 ^& X! V9 X- X# m! N  T
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'
   ' W, L  @. R  O% B6 }' J3 L
10.      86     bl  __lookup_machine_type       @ r5=machinfo
    
11.      87     movs    r8, r5              @ invalid machine (r5=0)?
    5 A$ t- v/ s, O4 t$ E7 \* w) v" x
12.      88     beq __error_a           @ yes, error 'a'
    ; K3 W& l. x0 H% |" D
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。

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 /*
   # k3 z. e0 X' C2 @3 A6 q
2.      60  * Kernel startup entry point.
   + i& B5 _3 N2 o0 ~8 N7 ^/ ~
3.      61  * ---------------------------
   # m1 @) P& m, D' Q( Q
4.      62  *
   - b" n7 j1 [9 z0 f; F4 I5 h
5.      63  * This is normally called from the decompressor code.  The requirements
   6 }2 P% M, R. Q  c
6.      64  * are: MMU = off, D-cache = off, I-cache = dont care, r0 = 0,
   + [" R6 o$ Z& Y- O6 p0 n/ f6 V
7.      65  * r1 = machine nr, r2 = atags pointer.

複製代碼

基於以上的假設，當program counter指到kernel的程式的時候，就會從line 80開始跑。
9 H. P0 P$ |* H4 S7 X4 F; wline 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)
( X& }- B. @) k9 yline 82, 讀取CPU ID到r9
" \, g) ?: b' vline 83, 跳到 __lookup_processor_type 執行（bl會記住返回位址）。

1.      77     .section ".text.head", "ax"
   8 @( E: u9 g( D
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
   - y- ]  d8 S, Q" C' `/ G) z0 y. e
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

複製代碼

接著會跳到head-common.S這個檔，
line 158, (3f表示forware往前找叫做『3』label)將label 3的address放到r3。
line 159, 將r3指到的位址的資料，依序放到r7, r6, r5.(ldmda的da是要每次都位址減一次）
  z3 w8 ?* A2 v) K, d% |0 sline 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
! H1 g" x2 V2 S$ O" `4 R6 A3 dline 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
   2 ~6 w8 H$ L/ f7 X5 @
2.     157 __lookup_processor_type:
   3 N! S, E: }1 B( T& N
3.     158     adr r3, 3f
   
4.     159     ldmda   r3, {r5 - r7}
   0 s" t1 f8 A+ [  _" ~  a( X
5.     160     sub r3, r3, r7          @ get offset between virt&phys
   6 h7 L8 T. n; k" [, q1 w
6.     161     add r5, r5, r3          @ convert virt addresses to
   # E  z9 |: D6 e  K" k6 G
7.     162     add r6, r6, r3          @ physical address space
   
8.     163 1:  ldmia   r5, {r3, r4}            @ value, mask
   / o4 d7 Q" t- P- x2 y3 q# D1 \
9.     164     and r4, r4, r9          @ mask wanted bits
   # @9 s6 H. t+ h: H) m6 `
10.     165     teq r3, r4
    
11.     166     beq 2f
    
12.     167     add r5, r5, #PROC_INFO_SZ       @ sizeof(proc_info_list)
    1 L6 Z* Q: j. C. h* z
13.     168     cmp r5, r6
    
14.     169     blo 1b
      V9 B" b& e. ?) Q0 C: \+ c
15.     170     mov r5, #0              @ unknown processor
    
16.     171 2:  mov pc, lr
    
17. 
    . O: L, L7 C6 l1 a. L
18.     187     .long   __proc_info_begin
    6 w# I8 z' F/ j3 F5 V! u8 Q
19.     188     .long   __proc_info_end
    
20.     189 3:  .long   .
    
21.     190     .long   __arch_info_begin
    
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。

gogojesse

我們從 head-common.S返回之後，接著繼續看。

6 s3 y) D* [/ Kline 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。
- r3 h5 g9 y: k5 A0 mline 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)?
   
3.      85         beq     __error_p                       @ yes, error 'p'
   3 H. h& N$ x6 b+ u: _, a( G
4.      86         bl      __lookup_machine_type           @ r5=machinfo

複製代碼

看得出來跟proc很像，有個兩個小地方是
2 Z. D& C% l  N" K, c  u
' p; `7 J0 \0 q, M1. 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。
! K" P5 m& l, \4 z  g+ Q
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 */
   ) ~4 y; e6 I9 z' s3 d- n1 P
2.      50 #define MACHINE_START(_type,_name)                      \
   
3.      51 static const struct machine_desc __mach_desc_##_type    \
   ) m! T/ Y8 s, P* V7 E: W9 j8 ?
4.      52  __used                                                 \
   4 N" L5 w' X  O% N
5.      53  __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {    \
   1 Y+ I* u; C4 ?7 u. N9 [
6.      54         .nr             = MACH_TYPE_##_type,            \
   8 ~" k7 X9 N* d; e  S& k
7.      55         .name           = _name,
   
8.      56
   5 d- z/ E# w$ f. `) P* y" b
9.      57 #define MACHINE_END                             \
   + f! [) Z+ L0 q$ q1 e5 V$ }* @* _' ~
10.      58 };
    
11.      /* 用法 */
    
12.      93 MACHINE_START(OMAP_GENERIC, "Generic OMAP1510/1610/1710")
    
13.      94         /* Maintainer: Tony Lindgren <tony@atomide.com> */
    . v  _  Y  j$ J* ]$ W
14.      95         .phys_io        = 0xfff00000,
    : r8 ]# w! @% U2 `
15.      96         .io_pg_offst    = ((0xfef00000) >> 18) & 0xfffc,
    
16.      97         .boot_params    = 0x10000100,
    
17.      98         .map_io         = omap_generic_map_io,
    
18.      99         .init_irq       = omap_generic_init_irq,
    / L8 U" P' B2 N3 U, F% x: i
19.     100         .init_machine   = omap_generic_init,
    # X* p. D& W  F3 @) P
20.     101         .timer          = &omap_timer,
    
21.     102 MACHINE_END
    
22. 
    1 h0 Q& E* Z2 J
23.     /* func */
    
24.     204         .type   __lookup_machine_type, %function
    7 t+ |" L" q( X9 D
25.     205 __lookup_machine_type:
    , {- ]* [. U/ u, [: E( ^, }
26.     206         adr     r3, 3b
    6 t$ F4 ~" [$ C, c
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
    : ^, o7 Z! e1 p$ q
30.     210         add     r6, r6, r3                      @ physical address space
    & o) R% S* U, l  W
31.     211 1:      ldr     r3, [r5, #MACHINFO_TYPE]        @ get machine type
    , G+ E, S* ~+ o% T" a! `/ D
32.     212         teq     r3, r1                          @ matches loader number?
    4 z+ d! N; q- ~" a1 L  N9 A
33.     213         beq     2f                              @ found
    
34.     214         add     r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC    @ next machine_desc
    
35.     215         cmp     r5, r6
    
36.     216         blo     1b
    
37.     217         mov     r5, #0                          @ unknown machine
    
38.     218 2:      mov     pc, lr

複製代碼

gogojesse

接著我們又返回到head.S，
line 87~88也是做check動作。
$ s) Z# A& L/ T! mline 89跳到vet_atags。在head-common.S

1.      87         movs    r8, r5                          @ invalid machine (r5=0)?
   & n( w: Y& W5 s) R. U5 K
2.      88         beq     __error_a                       @ yes, error 'a'
   
3.      89         bl      __vet_atags
   
4.      90         bl      __create_page_tables

複製代碼

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。
* Z; w2 N. W: Zline 246, 沒有aligned跳到label 1，就返回了。
" M) }$ {9 u( d1 V" mline 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。
6 x4 d, G% m; L" `( Eline 251~254, 判斷一下第一個達到的atag pointer是不是等於ATAG_CORE。如果正確的話，等一下要讀取atag的資料，才會正確。
（atag是由bootloader帶給linux kernel的東西，用來告知booting所需要知道的參數。例如螢幕寬度，記憶體大小等等）

1.      14 #define ATAG_CORE 0x54410001
   
2.      15 #define ATAG_CORE_SIZE ((2*4 + 3*4) >> 2)
   4 ]% {- a8 }1 P: V: Y
3. 
   & h% M7 A5 l& `  f7 z
4.     243         .type   __vet_atags, %function
   / M7 R* w+ |$ G# @4 w
5.     244 __vet_atags:
   
6.     245         tst     r2, #0x3                        @ aligned?
   4 \  h. t! R) f; M8 t
7.     246         bne     1f
   
8.     247
   . `8 K- C) `+ W+ h8 T
9.     248         ldr     r5, [r2, #0]                    @ is first tag ATAG_CORE?
   - M7 i# `) [' ?7 P: S5 X: D
10.     249         subs    r5, r5, #ATAG_CORE_SIZE
    ( @& E( K4 D2 ~" ^' F. p
11.     250         bne     1f
    2 h( p8 T' s7 r; M6 f) |
12.     251         ldr     r5, [r2, #4]
    ' P5 M9 v# Y9 D! D. V% H8 m2 r& B
13.     252         ldr     r6, =ATAG_CORE
    1 Z, s9 g; R1 e; f5 H! }8 e
14.     253         cmp     r5, r6
    
15.     254         bne     1f
    
16.     255
    
17.     256         mov     pc, lr                          @ atag pointer is ok
    ! [$ }+ Z# ]" I
18.     257
    5 ^& `+ [) m9 ], u% l/ R/ k
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。  
2 p& H! \6 y8 _# [line 90，又跳到 __create_page_tables。   (很累人....應該會死不少腦細胞）
) J% o0 o- E5 K. v0 d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：
3 ^5 }  c& a" y- H) o$ E. Q
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。
* \6 m4 u" q7 q$ m- X5 i3 o8 O1 f7 p3. Makefile & link script - 這兩個功能和撰寫的方式要有簡單的概念。

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。

4 x4 y3 v, D# E! R# I! }; x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。

2 Z$ o) X, m# _『產生page table到底是要給誰用的？』
: H7 G5 Y& W2 J* y
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。

+ q2 S1 c) h# w8 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。

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。

& T' s" a; {& s2 V  R" `8 O" X" u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。
* B4 G9 s4 V" O. ^' J: K9 A8 \
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。
0 V+ g# X- s, ~/ O
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。
/ p) Q, n& N5 L! i: s3 K/ I
! c0 [) q) a" t* A+ i9 R- E2 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
   
3.     152 TEXT_OFFSET := $(textofs-y)

複製代碼

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)
   - H" A' \/ B5 l* ^. C( k
6.      30 #define KERNEL_RAM_PADDR        (PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   
7. 
   
8.      47         .macro  pgtbl, rd
   3 i. _( d! }% ^7 B" ^; s
9.      48         ldr     \rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000)
   : T6 i9 e9 e' `2 [) g& N. R  v
10.      49         .endm
    
11. 
    
12.     216         pgtbl   r4                              @ page table address

複製代碼

gogojesse

得到pg table的開始位置之後，當然就是初始化囉。
1 a: F& r5 s% s6 V5 }* Y4 mline 221, 將pg table的base addr放到r0.
line 223, 將pg table的end addr放到r6.
0 v" L( X/ @0 r0 R5 Q; t* Cline 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
   ! h8 w- q3 `/ X6 s# t4 l" l
2.     222         mov     r3, #0
   
3.     223         add     r6, r0, #0x4000
   4 H/ [9 @/ v# M; L
4.     224 1:      str     r3, [r0], #4
   
5.     225         str     r3, [r0], #4
   0 o+ j/ n9 F2 t1 U* P6 Q0 T9 P( R
6.     226         str     r3, [r0], #4
   
7.     227         str     r3, [r0], #4
   % }& x' A1 z# Z4 A1 \1 n) b
8.     228         teq     r0, r6
   
9.     229         bne     1b

複製代碼

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

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。

# e. A0 D9 K8 c" W# j3 p* r; G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）
) g1 Y9 Q7 h! Q! H* A4 F1. [31:20]存著section base addr
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 D& i7 M2 ^- z- P0 o. M9 b4. pg tabel資料要存放到 [31:14] = translation base, [13:2] = table index , [1:0] = 0b00 的位址

來看code是怎麼設定。
  M/ ^$ Q7 B+ e% D. o0 l
8 v* i5 ~- x, W$ dline 239, 將pc的值往右shift 20次放到r6.這是取得前20高位元的資料，有點像是 1.。
line 240, 將r6往左shift 20次之後，和r7做or的動作，剛好也是 2.提到的mmu flags和1.處理好的資料做整理。
所以前面兩個做完，就完成了bit[31:2]。
" U7 {& x0 G" Tline 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
   + F' A% [& X$ h% N& q
2.     240         orr     r3, r7, r6, lsl #20
   ) k1 F. m" \+ S4 v
3.     241         str     r3, [r4, r6, lsl #2]

複製代碼

p.s. 用pc值剛好可以算出當前的page。

gogojesse

最近又被釘上了，開始忙碌，大概沒太多時間貼文∼

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。
" e3 K5 f4 W: _. T
# i; c7 X5 ]  u9 O( Cline 249~252, 算出KERNEL_END-1的pte位址放到r6, KERNEL_START的下一個pte的位址放到r0。r0 <= r6的話就持續對pte寫入初值的動作。但是這邊的r3有加上（0x1<<20），所以原本的section base會變成加1，目前不是很明瞭為什麼要加1，或許往後面會找到答案。

1.     247         add     r0, r4,  #(KERNEL_START & 0xff000000) >> 18
   
2.     248         str     r3, [r0, #(KERNEL_START & 0x00f00000) >> 18]!
   
3.     249         ldr     r6, =(KERNEL_END - 1)
   
4.     250         add     r0, r0, #4
   
5.     251         add     r6, r4, r6, lsr #18
   ! ^) H: U/ ]; s7 u. l: q  F# r
6.     252 1:      cmp     r0, r6
   
7.     253         add     r3, r3, #1 << 20
   
8.     254         strls   r3, [r0], #4
   . c5 g! ]8 `( v8 {1 g6 w4 N
9.     255         bls     1b

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。
7 F2 D  d4 {$ R4 Q7 qline 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。

8 ~# U1 W6 d5 W0 }/ ?( u# Aline 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
   4 W; b9 P4 b( G: q& u! r% G; d
2.     280         orr     r6, r7, #(PHYS_OFFSET & 0xff000000)
   
3.     281         .if     (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   - k0 a3 u: A; ]1 L( e# R, D
4.     282         orr     r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
5.     283         .endif
   2 o4 w- r: [$ Y  K& H+ J
6.     284         str     r6, [r0]
   
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
1 M) G0 }" i" E1 ?4 k0 f) p$ e9 s" h
7 }6 x0 C; l; G1 `# P3 ?% ?9 s8 o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。
! E/ p6 [+ L3 z3 a, M
switch_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
   % F2 \' B% \4 U
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   " m; x" k0 i9 _# b, z# H' J
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   / ?4 X5 U7 n* z( }7 f
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

複製代碼

gogojesse

老店重新開張~

  B3 F! ~# i5 d5 O3 Z8 o9 y% ]9 \花了一些時間把舊的貼文整理到一個blog
8 k7 q  ^5 O5 F  L9 x有把一些敘述修改過
希望會比較容易集中閱讀
* j$ z  A; }. m) q3 m8 `- K  j+ ?4 a目前因為某些敘述不容易
7 I: S+ R6 j0 [+ ^還是比較偏向筆記式而且用字不夠精確
3 R8 E+ `) @6 a8 m5 J# A, [希望之後能夠慢慢有系統地整理
( m5 t4 P  e! J1 f( ~3 M大家有興趣的話
可以來看看和討論
http://gogojesseco.blogspot.com/
4 F/ |8 r$ ~* ~! B2 t4 T
; T! V& m; R% `7 r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 =)
4 ?% T. l& |8 S6 r2 Cblog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
3 i9 S" w& o4 V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
) B  u# ?/ |" a$ u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
   . A, r$ L% q8 b( s" o! I
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   0 K* K! D- _$ J
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)
; c( r3 Q5 o6 x% a) {* a, R2 [8 l$ Kline 101, 將__enable_mmu的addr放到lr。(留作之後用)
( ]+ M7 l7 Y; a0 l5 {; p4 j: bline 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:
   
3. 375         mov     r0, #0
   ! A9 p% @1 J; n& K, Y
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
     k5 @( H# I9 G# ]! X: S
6. 378 #ifdef CONFIG_MMU
   + G' c, r+ p; h; u: _& K4 Z
7. 379         mcr     p15, 0, r0, c8, c7              @ invalidate I,D TLBs on v4
   
8. 380 #endif
   + l( H3 ?. W6 B& z# o
9. 
   
10. 388         adr     r5, arm926_crval
    
11. 389         ldmia   r5, {r5, r6}
    ' z* t0 C* C! N( G6 R7 `
12. 390         mrc     p15, 0, r0, c1, c0              @ get control register v4
    
13. 391         bic     r0, r0, r5
    9 E6 N7 F: I  |; ?0 R
14. 392         orr     r0, r0, r6
    3 o' n9 O& @! \; a: y4 [2 h
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，
line 375~380, 主要就是invalidate CPU的I&D cache和清空write buffer。
2 \0 s0 S. E  t8 \: y6 t- {# W) n# 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。)
5 C3 ]! e6 \- r. z& }0 `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) | \
   
3. 171                       domain_val(DOMAIN_KERNEL, DOMAIN_MANAGER) | \
   - r3 i$ S- }* |! s2 X2 u! i/ o
4. 172                       domain_val(DOMAIN_TABLE, DOMAIN_MANAGER) | \
   
5. 173                       domain_val(DOMAIN_IO, DOMAIN_CLIENT))
   # j% K/ s0 Z! W& Y1 r0 n
6. 174         mcr     p15, 0, r5, c3, c0, 0           @ load domain access register
   : B3 k" j2 I1 E! d7 {1 Y8 Y
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)
4 \! t4 W* ^) G& Eline 175~176，將create好的page table開頭丟給mmu。跳到turn_mmu_on

1. 191 __turn_mmu_on:
   # @& L, W9 `3 L" ?! Q
2. 192         mov     r0, r0
     K, s* m, k& O/ _9 Z% P7 e
3. 193         mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 0           @ write control reg
   
4. 194         mrc     p15, 0, r3, c0, c0, 0           @ read id reg
   
5. 195         mov     r3, r3
   
6. 196         mov     r3, r3
   
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:
   
2. 19         .long   __mmap_switched
   
3. 20         .long   __data_loc                      @ r4
   7 V2 ~3 F) |2 E
4. 21         .long   _data                           @ r5
   # y" d4 n' C: T' B' \) h# Q
5. 22         .long   __bss_start                     @ r6
   7 Z1 o9 @# B! m0 k* e
6. 23         .long   _end                            @ r7
   
7. 24         .long   processor_id                    @ r4
   
8. 25         .long   __machine_arch_type             @ r5
   7 \, g, r/ Y. z/ M* W
9. 26         .long   __atags_pointer                 @ r6
   ; h* ^- o7 C2 Q
10. 27         .long   cr_alignment                    @ r7
    
11. 28         .long   init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp
    7 F" d% v! x" r1 E- a
12. 29
    # N  b1 H8 S( j$ p  J1 I6 x

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:
   , Z+ l' j: s6 i: p
2. 40         adr     r3, __switch_data + 4
   
3. 41
   1 B0 Y8 `$ ?  A; q. \4 U
4. 42         ldmia   r3!, {r4, r5, r6, r7}
   
5. 43         cmp     r4, r5                          @ Copy data segment if needed
   
6. 44 1:      cmpne   r5, r6
   * d- c6 V% g1 v7 y' U
7. 45         ldrne   fp, [r4], #4
   
8. 46         strne   fp, [r5], #4
   ) I# V$ P, S3 f5 T4 f
9. 47         bne     1b
   
10. 48
    
11. 49         mov     fp, #0                          @ Clear BSS (and zero fp)
    # j6 W* f6 u' F: U9 ]; W$ Z
12. 50 1:      cmp     r6, r7
    2 G$ X9 h5 K% {) |$ U* i
13. 51         strcc   fp, [r6],#4
    5 L8 ]0 v/ G  _$ a1 u; O  I9 q0 ?
14. 52         bcc     1b
    
15. 53
    
16. 54         ldmia   r3, {r4, r5, r6, r7, sp}
    
17. 55         str     r9, [r4]                        @ Save processor ID
    - d, u% D) M8 x) d% i' }
18. 56         str     r1, [r5]                        @ Save machine type
    
19. 57         str     r2, [r6]                        @ Save atags pointer
    1 w0 R4 u1 i1 I  [% v* s
20. 58         bic     r4, r0, #CR_A                   @ Clear 'A' bit
    0 S) t& }- {' h$ \5 {  z" I
21. 59         stmia   r7, {r0, r4}                    @ Save control register values
    
22. 60         b       start_kernel
    3 `8 ^' r. j; F! J! @
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
( q6 |* m$ y! I- t: H+ m! Xline 43~47，看看data segment是不是需要搬動。
line 49~52, clear BSS。
! y: K1 s# Z! m
由於linux kernel在進入start_kernel前有一些前提必須要滿足：
0 {8 E0 d4 f" B1 ir0  = cp#15 control register
r1  = machine ID
r2  = atags pointer
8 `- H  f# l$ H3 vr9  = 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)

7 f! [8 A2 H# k, b7 Y7 h$ n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。
0 m2 V2 A, C9 |" N8 z2 k0 g$ l/ K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。