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
$ M3 z4 [. a5 n『mov pc, r4』
  m' c1 e5 m; Z; @( b5 G4 tr4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？！

* c" M; j! Y9 n4 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。

* x6 ?* d" p  P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)
; U. F! H' |/ \. r, C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。
; i: t  B6 d' t/ 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 : {
   / a* G! Z' i% O, g% M
2.      27         _stext = .;
   / w+ ?$ V  x' Z' ~2 V: ~+ X
3.      28         _sinittext = .;
   
4.      29         *(.text.head)
   + H0 w, D: R. \/ y* G/ x
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)
   3 o$ {, ~; X, j8 N4 H
4.      80     msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
   
5.      81                         @ and irqs disabled
   2 p# w) g2 Q( ^" y( {& I4 O
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   
7.      83     bl  __lookup_processor_type     @ r5=procinfo r9=cpuid
   9 Z7 \9 {! [7 S3 c" a
8.      84     movs    r10, r5             @ invalid processor (r5=0)?
   
9.      85     beq __error_p           @ yes, error 'p'
   # Y$ M1 E& t6 A$ L, q
10.      86     bl  __lookup_machine_type       @ r5=machinfo
    
11.      87     movs    r8, r5              @ invalid machine (r5=0)?
    6 ~% E& A1 H* c: O8 g
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。

9 s, c& t2 E; `1 K8 x( P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。
: w. C  C0 F4 ^! }8 ]. ~% s
$ g5 P$ }+ ~1 X+ I- x; Y4 s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  * ---------------------------
   6 ]4 _3 f7 @/ f! h/ ~) J- [' T
4.      62  *
   ; X8 v6 T+ N( m6 _$ s
5.      63  * This is normally called from the decompressor code.  The requirements
   3 e! Z# t, b0 I$ ^7 _+ L
6.      64  * are: MMU = off, D-cache = off, I-cache = dont care, r0 = 0,
   ) N* X2 n% F* y- t8 g, F$ w9 D) j
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。
7 x1 Y; r0 A$ L" A; }! Kline 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
! E8 i/ ]  c0 K: vline 83, 跳到 __lookup_processor_type 執行（bl會記住返回位址）。

1.      77     .section ".text.head", "ax"
   + ~3 ?7 M/ n9 b5 M# L( ?' X  g1 K
2.      78     .type   stext, %function
   
3.      79 ENTRY(stext)
   
4.      80     msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
   - u* Z9 ^& C2 m/ t* F3 r3 F
5.      81                         @ and irqs disabled
   # M6 x$ s8 Q2 M' R% ~+ g7 P7 J
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   & _3 ?5 F4 o+ ]  {# u' b
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，
2 K0 P! n0 _( P& xline 158, (3f表示forware往前找叫做『3』label)將label 3的address放到r3。
9 |$ u- l  T& X" E& O& Cline 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）
4 z5 G) g& w; i  Q; e( a4 [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
% Y/ v$ P% |% k6 Y: g: vline 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.     157 __lookup_processor_type:
   
3.     158     adr r3, 3f
   
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
   
7.     162     add r6, r6, r3          @ physical address space
   
8.     163 1:  ldmia   r5, {r3, r4}            @ value, mask
   
9.     164     and r4, r4, r9          @ mask wanted bits
   
10.     165     teq r3, r4
    6 q. u, K  V, A5 g) ]
11.     166     beq 2f
    
12.     167     add r5, r5, #PROC_INFO_SZ       @ sizeof(proc_info_list)
    * s% s% M8 C/ R  F* Y$ W9 c
13.     168     cmp r5, r6
    
14.     169     blo 1b
    
15.     170     mov r5, #0              @ unknown processor
    , m7 N& g) |: I+ m
16.     171 2:  mov pc, lr
    
17. 
    
18.     187     .long   __proc_info_begin
    . L1 I9 w% `! y" S# D% y
19.     188     .long   __proc_info_end
    0 V' k; Z+ L2 J5 T
20.     189 3:  .long   .
    
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。

( h9 v- d" w- f7 Eline 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。
* Z* n- x- f% o% h* B4 _" Y" F% }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
   ) C& q% M$ v3 j  m2 W' q
2.      84         movs    r10, r5                         @ invalid processor (r5=0)?
   
3.      85         beq     __error_p                       @ yes, error 'p'
   0 l. p$ `3 D! 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
: T+ V, b' q6 P5 M. p4 M, w0 V
9 r% U1 q2 Q5 v  w/ p1. 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 */
   1 m% V. M( h! Z9 g+ u& m
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,            \
   
7.      55         .name           = _name,
   8 A# M( T6 _4 `: K
8.      56
     {/ Y5 }3 i$ ?
9.      57 #define MACHINE_END                             \
   
10.      58 };
    
11.      /* 用法 */
    
12.      93 MACHINE_START(OMAP_GENERIC, "Generic OMAP1510/1610/1710")
    ! w( R: u5 B& w9 Z' H5 R" n! x: ~
13.      94         /* Maintainer: Tony Lindgren <tony@atomide.com> */
    
14.      95         .phys_io        = 0xfff00000,
    * g( V$ V' d/ }9 d) I8 d0 d5 F
15.      96         .io_pg_offst    = ((0xfef00000) >> 18) & 0xfffc,
    0 U; S  ]9 i# y  w: r; f
16.      97         .boot_params    = 0x10000100,
    
17.      98         .map_io         = omap_generic_map_io,
    
18.      99         .init_irq       = omap_generic_init_irq,
    : F# e" m# l/ n& t; @; g( F
19.     100         .init_machine   = omap_generic_init,
    
20.     101         .timer          = &omap_timer,
    6 E- `" z4 b/ _! r( w
21.     102 MACHINE_END
    + E! {* c$ A- i6 c4 y
22. 
    
23.     /* func */
    
24.     204         .type   __lookup_machine_type, %function
    7 m( M& E4 y2 O; P4 l
25.     205 __lookup_machine_type:
    , a+ E9 j( X5 }' U5 o0 d- G
26.     206         adr     r3, 3b
    : x+ g$ q; u* Q$ T; k8 A6 c# O' O1 M
27.     207         ldmia   r3, {r4, r5, r6}
    . C1 k+ g8 u& h( a& k
28.     208         sub     r3, r3, r4                      @ get offset between virt&phys
    % U3 D) V1 t( {  ~1 G
29.     209         add     r5, r5, r3                      @ convert virt addresses to
    2 ]8 o' ]$ s, N+ v3 C& ]0 V
30.     210         add     r6, r6, r3                      @ physical address space
    # f* u, ]% w  v* ~
31.     211 1:      ldr     r3, [r5, #MACHINFO_TYPE]        @ get machine type
    1 o' [2 T& @+ `% W: l
32.     212         teq     r3, r1                          @ matches loader number?
    4 t4 {9 U: X: H" d1 Y$ M$ v6 S
33.     213         beq     2f                              @ found
    6 g6 W% C) H$ H/ a" N
34.     214         add     r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC    @ next machine_desc
    2 `1 k# M1 I1 z- G( H* d- @+ Q
35.     215         cmp     r5, r6
    
36.     216         blo     1b
    
37.     217         mov     r5, #0                          @ unknown machine
    9 u: A5 M- A- ^: p$ J: h0 U
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。
- H% b- ^% i- o2 ]line 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'
   1 \; Z7 i  E) b8 k2 i3 ~
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。
6 \4 ^0 T; A7 U4 p# u) F6 O" p. ^: y（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
   2 w. u  `' W- J
5.     244 __vet_atags:
   
6.     245         tst     r2, #0x3                        @ aligned?
   8 O6 I9 e) M  G- [1 E' L- l6 C8 w
7.     246         bne     1f
   0 t8 A9 x7 b8 J; Q1 P6 G* w+ t5 }
8.     247
   
9.     248         ldr     r5, [r2, #0]                    @ is first tag ATAG_CORE?
   6 A8 q2 y  g2 A$ ^6 b- d) X
10.     249         subs    r5, r5, #ATAG_CORE_SIZE
    ' @" j) V% P5 M) m7 V  `
11.     250         bne     1f
    
12.     251         ldr     r5, [r2, #4]
    
13.     252         ldr     r6, =ATAG_CORE
    6 ~2 v, z7 ?: ]5 ~" U5 ?
14.     253         cmp     r5, r6
    & t) H# S$ F& N7 I6 f0 J
15.     254         bne     1f
    ! K9 F% [+ A4 Y
16.     255
    6 L9 p6 d" o4 H8 Y* Y/ r5 z
17.     256         mov     pc, lr                          @ atag pointer is ok
    5 Y6 _2 u5 v2 Y) a5 v) I
18.     257
    
19.     258 1:      mov     r2, #0
    8 w5 l9 h, D$ }7 e
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。
3. Makefile & link script - 這兩個功能和撰寫的方式要有簡單的概念。

& `/ |9 ~; j# l* p+ t2 a  ?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。
( j* m& G- q0 z; N- W
8 Q5 T0 B% y* q$ m( t4 n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。
: d4 U7 G; o3 _+ I
) R" s, k  G' {5 C  H1 u" f! V; L『產生page table到底是要給誰用的？』
: g6 ?7 ^- `% u+ [
% N5 d+ @  p/ i0 u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。

4 s5 P, ~, j/ a8 J  }5 R* O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。

9 v/ _. s! w" ~* P! D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。
' o0 i8 e7 L! ~) o9 }( P! x
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。
4 B# h% J! z: n) l
! B7 b& \) R* x6 n. f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

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。

3 Y' W0 P+ {% V5 W8 ^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)

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1. /* include/asm-arm/arch-omap/memory.h */
   
2.      40 #define PHYS_OFFSET             UL(0x10000000)
   
3. 
   
4.      /* arch/arm/kernel/head.S */
   ! R5 l6 l# q1 x% T4 t4 ?
5.      29 #define KERNEL_RAM_VADDR        (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   1 j: K9 J! w  r1 q# w9 X( @
6.      30 #define KERNEL_RAM_PADDR        (PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   
7. 
   ) {9 @* H+ Q, p& I8 M$ o. o: r* J
8.      47         .macro  pgtbl, rd
   
9.      48         ldr     \rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000)
   4 ]8 `% H+ M$ q) D4 S: c' E
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。
line 221, 將pg table的base addr放到r0.
line 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
   
2.     222         mov     r3, #0
   
3.     223         add     r6, r0, #0x4000
   
4.     224 1:      str     r3, [r0], #4
   
5.     225         str     r3, [r0], #4
   
6.     226         str     r3, [r0], #4
   , e4 G/ |7 E* q7 J* b  j& S9 }9 L
7.     227         str     r3, [r0], #4
   
8.     228         teq     r0, r6
   
9.     229         bne     1b

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line 231, 將位址等於 r10+PROCINFO_MM_MMUFLAGS 裡頭的值放到r7。r10是proc_info的位址。proc的info data structure被定義在『./include/asm-arm/procinfo.h』，offset取得的方式用compiler的功能，以便以後新增structure的欄位的時候不需要更動程式碼。這邊的動作合起來就是讀預設要設給mmu flags的值。

1.    231         ldr     r7, [r10, #PROCINFO_MM_MMUFLAGS] @ mm_mmuflags

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gogojesse

問題怎麼填值？？
拿出ARM的手冊，翻到MMU章節。一看發現page有很多種，還得分first level和second level。

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）
6 w4 P# S. v" X; P' r1. [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)
4. pg tabel資料要存放到 [31:14] = translation base, [13:2] = table index , [1:0] = 0b00 的位址
8 Y5 `0 H# R7 r- V
來看code是怎麼設定。
+ _; \( F( i) ^) }  G
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.。
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。
* w8 o- J, A$ u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 B/ S/ b" g' i( j4 L
3.     241         str     r3, [r4, r6, lsl #2]

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p.s. 用pc值剛好可以算出當前的page。

gogojesse

最近又被釘上了，開始忙碌，大概沒太多時間貼文∼
4 q! E" r1 ]- }6 d+ X9 _3 |# J
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。
& y* L% V- s( B* R
4 ?( F% l1 F- Z- r9 f& t- ~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]!
   # f2 x  C: Z( d- F
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.     254         strls   r3, [r0], #4
   
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。
1 E; A6 z* H5 gline 284，最後將結果存到r0所指到的pte。
8 L/ l1 Y( `% a1 t* v% i7 ~
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。
: W8 m* z4 `' W$ I' |
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
   0 R, e& _1 m" U6 y
2.     280         orr     r6, r7, #(PHYS_OFFSET & 0xff000000)
   3 e9 ^2 k& u+ q' i8 ~/ A" B
3.     281         .if     (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
4.     282         orr     r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   * j) U1 Y" _" o# k
5.     283         .endif
   
6.     284         str     r6, [r0]
   4 S* {3 z/ u8 W
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，
5 p! h9 [  i# p. I* ^- O/ @: b4 Yline 99, 將switch_data擺到r13
6 l2 x+ {- J2 }  w: _& `7 J5 Pline 101, 將enable_mmu擺到lr
6 j6 [! x5 a  b8 m5 Q! cline 102, 將pc改跳到r10+PROCINFO_INITFUNC的地方去
* w- D  V$ [" {
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 d) |, R; X- H
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
   . s1 J( a& |$ A! n# d) t
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   6 Y& ?$ c7 m7 i0 t: ]3 u7 V
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

複製代碼

gogojesse

老店重新開張~
4 p9 o! X* R( C
/ l% F0 b% ~/ ]花了一些時間把舊的貼文整理到一個blog
  b) w. @+ w) t" I& @$ z有把一些敘述修改過
希望會比較容易集中閱讀
目前因為某些敘述不容易
4 c  s/ O+ [0 |! }) |+ y, A0 W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
- `+ X8 K4 D# d' C" c可以來看看和討論
http://gogojesseco.blogspot.com/
1 i3 y9 s! Y1 E9 C) N" a
) Z8 G/ e9 K4 f. f( G( w以後可能會採取  先在chip123貼新文章
( ~, N, \! w2 O, w% ?9 g慢慢整理到blog上的方式
, |" b( ^2 |% [因為chip123比較方便討論 =)
9 s# G& z3 _2 ~+ @8 w' ablog編輯修改起來比較方便
! Y% z, `$ q# L6 w. W閱讀也比較集中   大家可以在這邊看到討論
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
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
   ! q9 [/ d4 U* \( B* a
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   $ s( a8 A  ?" i( X, h+ h% @) K" z3 D
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
   4 K* }6 P, Y6 m6 H( `% c  K
2. 374 __arm926_setup:
   
3. 375         mov     r0, #0
   - ~: `0 j, j# Q# o- C6 }1 }
4. 376         mcr     p15, 0, r0, c7, c7              @ invalidate I,D caches on v4
   9 A  a+ W5 A0 p' ?( J
5. 377         mcr     p15, 0, r0, c7, c10, 4          @ drain write buffer on v4
   : r( U" d% ^; I6 x% _1 y0 a
6. 378 #ifdef CONFIG_MMU
   
7. 379         mcr     p15, 0, r0, c8, c7              @ invalidate I,D TLBs on v4
     G5 `' f% C0 O6 t4 C$ T+ V4 a" I
8. 380 #endif
   
9. 
   
10. 388         adr     r5, arm926_crval
    9 l; C; b! j" W2 L4 n* [+ Q2 A* f% J
11. 389         ldmia   r5, {r5, r6}
    
12. 390         mrc     p15, 0, r0, c1, c0              @ get control register v4
    
13. 391         bic     r0, r0, r5
    7 Y$ l8 J$ T$ L4 ]
14. 392         orr     r0, r0, r6
    
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。
6 ]) G  n& k! T5 F! O# s& D& tline 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。)
# L! [7 n! n" n& \$ H( l: oline 396, 直接把pc跳到lr，因為我們之前已經將lr = enable_mmu，所以直接跳過去。

gogojesse

1. 155 __enable_mmu:
   
2. 170         mov     r5, #(domain_val(DOMAIN_USER, DOMAIN_MANAGER) | \
   
3. 171                       domain_val(DOMAIN_KERNEL, DOMAIN_MANAGER) | \
   
4. 172                       domain_val(DOMAIN_TABLE, DOMAIN_MANAGER) | \
   
5. 173                       domain_val(DOMAIN_IO, DOMAIN_CLIENT))
   3 n; {+ h- E+ k
6. 174         mcr     p15, 0, r5, c3, c0, 0           @ load domain access register
   ; A; m; U+ {9 \4 f9 ]' a, F
7. 175         mcr     p15, 0, r4, c2, c0, 0           @ load page table pointer
   * f7 P+ a/ G: `# u% u8 R
8. 176         b       __turn_mmu_on
   6 |2 A0 W9 ]% l1 U2 l$ @( t
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
   : Q4 j9 N) T, S+ a
3. 193         mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 0           @ write control reg
   
4. 194         mrc     p15, 0, r3, c0, c0, 0           @ read id reg
   - W' P* X; G% u" g$ }) o+ P
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:
   0 P) o" ~0 h' E6 S1 p
2. 19         .long   __mmap_switched
   / |, V: Y- `/ B2 J7 i, ~
3. 20         .long   __data_loc                      @ r4
   
4. 21         .long   _data                           @ r5
   
5. 22         .long   __bss_start                     @ r6
   3 H+ V( G9 U; `7 M8 N# L
6. 23         .long   _end                            @ r7
   * b: N3 ~; r1 {* j5 d7 @* J3 d
7. 24         .long   processor_id                    @ r4
   
8. 25         .long   __machine_arch_type             @ r5
   2 `) o3 S- g8 `  Z
9. 26         .long   __atags_pointer                 @ r6
   ; g( _0 n' j2 ~; Y- f1 u+ [
10. 27         .long   cr_alignment                    @ r7
    
11. 28         .long   init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp
    & V1 l: L7 o5 r1 X; [. W& b+ P
12. 29
    ; V4 c) q+ Z4 v& I

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:
     ~3 _2 \0 Z& J% K9 O0 h
2. 40         adr     r3, __switch_data + 4
   : k) J- v; B4 k4 j
3. 41
   9 \6 l1 l# B4 B# B+ V" k
4. 42         ldmia   r3!, {r4, r5, r6, r7}
   8 r$ K- S$ e5 P. i2 f- a$ l  l
5. 43         cmp     r4, r5                          @ Copy data segment if needed
   
6. 44 1:      cmpne   r5, r6
   
7. 45         ldrne   fp, [r4], #4
   
8. 46         strne   fp, [r5], #4
   " u* v7 b* Q! ?3 o- o
9. 47         bne     1b
   
10. 48
    
11. 49         mov     fp, #0                          @ Clear BSS (and zero fp)
    
12. 50 1:      cmp     r6, r7
    ' d) s1 {, J; {  F4 h
13. 51         strcc   fp, [r6],#4
    
14. 52         bcc     1b
    + a4 T9 t( L4 s$ J& @2 B' I
15. 53
    
16. 54         ldmia   r3, {r4, r5, r6, r7, sp}
    * i) V6 o. D* W  R
17. 55         str     r9, [r4]                        @ Save processor ID
    ! R5 c  a: H. i9 w
18. 56         str     r1, [r5]                        @ Save machine type
    
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 l) I# Z& U5 E
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
line 42,從r3的位址，連續讀取四筆資料到r4, r5, r6, r7
! j1 T- ?! Q2 H" W, K2 Q9 H3 f/ pline 43~47，看看data segment是不是需要搬動。
line 49~52, clear BSS。
! @! w% S5 r- J, k2 K9 g3 T; t
* S# j) J: A0 \- y由於linux kernel在進入start_kernel前有一些前提必須要滿足：
8 F* e+ ]* a% Mr0  = cp#15 control register
r1  = machine ID
r2  = atags pointer
' Y+ d2 m/ K3 Y! ~9 d6 ur9  = processor ID

& C0 v# n. G9 |$ e8 L7 e  n9 `5 r! J所以line 54~59就是在做這些準備。
& v  S+ [; D- c* V% W& l" l( ]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 B$ x: ~) S& ~4 `/ e看一下start_kernel()在./init/main.c，終於跳出architecture specific的目錄，表示
) A" T# B% j( L; u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。
2 \) p2 }  x+ p8 a5 y6 [' E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。