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
) I& e% e3 A( U『mov pc, r4』
5 \3 }- Y$ K2 Z( d) F" g- C' D" c. P( ^; hr4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。
) \0 [: G* n- F1 Y. a
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)
: a. Q' ]# ]+ W8 y$ |我們可以發現第一個section是『.text.head』，裡頭的_stext從目前的位置開始放。
於是我們曉得只要找到屬於.text.head這個section，並且是_stext這個symbol的程式碼，就是解壓縮完後的第一行程式碼。

1.      26     .text.head : {
   $ {4 E0 e# L% F. U& S" X, w+ w
2.      27         _stext = .;
   " m; o7 j* a8 D
3.      28         _sinittext = .;
   
4.      29         *(.text.head)
   # b7 {7 c; H+ P% l+ y. C9 {
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"
   - W1 A5 f$ a& R' c
2.      78     .type   stext, %function
   
3.      79 ENTRY(stext)
   
4.      80     msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
   9 ^  ~2 W6 t! k6 a1 Z/ H
5.      81                         @ and irqs disabled
   1 @6 v4 t; n9 M/ ^9 L
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   2 J# F  H, l  u, v# E9 A4 \
7.      83     bl  __lookup_processor_type     @ r5=procinfo r9=cpuid
   9 D4 J( q$ m$ Z7 ?/ z
8.      84     movs    r10, r5             @ invalid processor (r5=0)?
   . [* G+ \5 ?. l# a9 ~. ]
9.      85     beq __error_p           @ yes, error 'p'
   8 ]# }& h4 ^0 t# E- n
10.      86     bl  __lookup_machine_type       @ r5=machinfo
    6 o" }+ _6 Y+ p. u
11.      87     movs    r8, r5              @ invalid machine (r5=0)?
    " M( F2 a& k+ K6 r* k9 B/ o" J( z
12.      88     beq __error_a           @ yes, error 'a'
    0 u' ?) x3 K% l1 o. n! b. J+ K1 ^
13.      89     bl  __vet_atags
    % x9 _' v/ }. |8 D6 p. |$ R' L
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。
9 U, \2 s0 k8 D$ g( M) L; N& n7 P% u
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,
     ]+ q5 M8 y" ~9 g
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)
/ {3 }) @. P" L4 Rline 82, 讀取CPU ID到r9
, r5 R1 b" ]) o4 bline 83, 跳到 __lookup_processor_type 執行（bl會記住返回位址）。

1.      77     .section ".text.head", "ax"
   8 o' k* }0 s: @! G
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
   
5.      81                         @ and irqs disabled
   
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   - e0 K# M) a2 c1 `0 K
7.      83     bl  __lookup_processor_type     @ r5=procinfo r9=cpuid

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接著會跳到head-common.S這個檔，
" q6 E* h) w3 C" T) y* Jline 158, (3f表示forware往前找叫做『3』label)將label 3的address放到r3。
! E7 [' C6 b# G$ yline 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）
# C! Z, s; M8 K- kline 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
0 j; J& h+ {2 jline 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:
   1 \/ h- E2 o) |) s& s
3.     158     adr r3, 3f
   9 |' U" f5 U6 E
4.     159     ldmda   r3, {r5 - r7}
   
5.     160     sub r3, r3, r7          @ get offset between virt&phys
   
6.     161     add r5, r5, r3          @ convert virt addresses to
   1 s) B2 O" R+ d' O
7.     162     add r6, r6, r3          @ physical address space
   7 z/ q5 l" ^* U" X' v, w3 Q- ]5 Q% }  \
8.     163 1:  ldmia   r5, {r3, r4}            @ value, mask
   " }, J& k. G! F& P
9.     164     and r4, r4, r9          @ mask wanted bits
   
10.     165     teq r3, r4
    8 D& x) i; s1 U* i  I2 t
11.     166     beq 2f
    $ @' O, S  c& \' A% J. h& t0 y
12.     167     add r5, r5, #PROC_INFO_SZ       @ sizeof(proc_info_list)
    
13.     168     cmp r5, r6
    ! b1 O& B. E6 F; {
14.     169     blo 1b
    
15.     170     mov r5, #0              @ unknown processor
    & ~) \% @: R9 j# P
16.     171 2:  mov pc, lr
    
17. 
    
18.     187     .long   __proc_info_begin
    6 Z: A: n9 ~# H5 H* E4 y
19.     188     .long   __proc_info_end
    2 F) O! S2 i( k+ {
20.     189 3:  .long   .
    , s  m' q/ B: P6 X% r6 H
21.     190     .long   __arch_info_begin
    * f' X- o/ ?4 r0 J
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。
2 Q& R  L4 {' X) |8 y% T$ g
4 ~8 i  M" {, y" Gline 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。
* E+ o& a, {1 B% }# Kline 85, 就是r5 = 0的話，就跳到__error_p去執行。
; P' q% P: \1 eline 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'
   
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
  e- p- l. j' b8 X! i) }6 x: _9 `7 w
8 J* `* c3 W5 m% E9 P9 m- @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。
" a) b' R9 ?/ g9 H/ H
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 */
   * ?# ?9 _* z1 M0 ]' _
2.      50 #define MACHINE_START(_type,_name)                      \
   
3.      51 static const struct machine_desc __mach_desc_##_type    \
   
4.      52  __used                                                 \
   1 V- s5 r4 T) z- O
5.      53  __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {    \
   
6.      54         .nr             = MACH_TYPE_##_type,            \
   
7.      55         .name           = _name,
   
8.      56
   5 W  w* n$ n+ V
9.      57 #define MACHINE_END                             \
   ) X) Y8 v7 X! L4 G1 V: T
10.      58 };
    
11.      /* 用法 */
    
12.      93 MACHINE_START(OMAP_GENERIC, "Generic OMAP1510/1610/1710")
    5 ~! q7 o, N1 e5 p7 D
13.      94         /* Maintainer: Tony Lindgren <tony@atomide.com> */
    
14.      95         .phys_io        = 0xfff00000,
    ) s( ^# e/ C5 ?4 W
15.      96         .io_pg_offst    = ((0xfef00000) >> 18) & 0xfffc,
    ) u6 y6 y( w9 S/ i8 `5 i
16.      97         .boot_params    = 0x10000100,
    
17.      98         .map_io         = omap_generic_map_io,
    2 N# T5 _# ?8 v7 u: M
18.      99         .init_irq       = omap_generic_init_irq,
    : w4 S& s/ s) U9 K% k: a8 n  k
19.     100         .init_machine   = omap_generic_init,
    9 ?( O& C# ]5 s2 Y" t2 R* k
20.     101         .timer          = &omap_timer,
    ( C. P  h! F( w
21.     102 MACHINE_END
    
22. 
    
23.     /* func */
    $ H+ O( d+ f& k) W) q! A
24.     204         .type   __lookup_machine_type, %function
    / u2 G# {6 b) W) u6 U8 T' S5 U
25.     205 __lookup_machine_type:
    . D6 }. l* H, I0 n
26.     206         adr     r3, 3b
    
27.     207         ldmia   r3, {r4, r5, r6}
    
28.     208         sub     r3, r3, r4                      @ get offset between virt&phys
      R" c/ X" D3 z( [3 W: U' ^
29.     209         add     r5, r5, r3                      @ convert virt addresses to
    " K/ r$ c3 B) Y; m9 ^) t# E
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
    ! B1 ^  |( d( H& w9 d5 Z+ J
34.     214         add     r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC    @ next machine_desc
    
35.     215         cmp     r5, r6
    0 B' C% Q: Y$ j0 V% k
36.     216         blo     1b
    
37.     217         mov     r5, #0                          @ unknown machine
      u; c/ B( ^' C- \! G
38.     218 2:      mov     pc, lr

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接著我們又返回到head.S，
2 V! W4 h+ R7 uline 87~88也是做check動作。
3 s6 ?6 E% @: n, V$ E) \# uline 89跳到vet_atags。在head-common.S

1.      87         movs    r8, r5                          @ invalid machine (r5=0)?
   . S5 ?" e: ?/ R. Y8 Y4 I: x
2.      88         beq     __error_a                       @ yes, error 'a'
   5 `+ X! b, v4 P9 ?
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。
4 y. d) {# ?/ m* G! I6 O3 ]line 246, 沒有aligned跳到label 1，就返回了。
9 z. l+ U" R" b9 Bline 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 k- D$ B& f1 m, 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。
* ]2 E" M. _" P1 D0 e# t! v; p- |（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)
   * w5 o3 x* ^7 X" X) f8 a
3. 
     y. ]* n' w2 M! Q# x$ n
4.     243         .type   __vet_atags, %function
   
5.     244 __vet_atags:
   
6.     245         tst     r2, #0x3                        @ aligned?
   ( s' W& U" f/ d
7.     246         bne     1f
   ( R; n! P+ Y- x4 x
8.     247
   . r  ]! b* }7 ~* r
9.     248         ldr     r5, [r2, #0]                    @ is first tag ATAG_CORE?
   ! V* P4 Q0 {+ W) ?
10.     249         subs    r5, r5, #ATAG_CORE_SIZE
    
11.     250         bne     1f
    " E1 |# T& b0 `5 X8 u8 f0 ?
12.     251         ldr     r5, [r2, #4]
    $ R1 X% g' F2 \5 V5 p. Q, P8 ~( f% _
13.     252         ldr     r6, =ATAG_CORE
    9 \" \) ?/ i6 m: @" g8 t
14.     253         cmp     r5, r6
    
15.     254         bne     1f
    6 V# a- J5 |2 \, N: r
16.     255
    
17.     256         mov     pc, lr                          @ atag pointer is ok
    
18.     257
    % H. V( R4 Y. Q# z9 B# B" i: U) [
19.     258 1:      mov     r2, #0
    , A' n' d" L% g' K, k
20.     259         mov     pc, lr

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接著我們又跳回去head.S。  
4 n8 y% H( w7 }& @: W( }( oline 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：

4 R+ ^/ `6 q3 M. i1. 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。
5 o2 a, A  e0 I5 [% R/ ^- J
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。
% d" @0 k! P" A3 _. j
" {# u5 S# S' S9 w# ?+ e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。
7 i' _. i- e/ L' Z, J
0 _7 h5 r& [* E『產生page table到底是要給誰用的？』

0 o1 J7 V+ c, \) a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。

- T) `6 \2 `9 n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 X/ ^5 l4 J$ u! g: J% L2 Q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。

- ]! p* h! k: l! s6 x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。

" Y9 s1 H; a3 N' R2 h# m( T6 kp.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∼
2 M, }0 ?- P" F, m. pline 216，會跳到pgtbl的macro去執行，其實只是載入一個位址。
) S) D. B0 D/ K6 z* j- k7 _
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 */
   0 h5 {3 y8 Z; ]
2.      95 textofs-y       := 0x00008000
   # o  ^, R. A3 a+ I5 U4 [
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. 
   ( _; u9 @$ i8 o1 P$ @5 M5 p% I5 Z2 H
4.      /* arch/arm/kernel/head.S */
   2 H, e- \8 {9 I1 d' l
5.      29 #define KERNEL_RAM_VADDR        (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   
6.      30 #define KERNEL_RAM_PADDR        (PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   
7. 
   1 ^4 D3 H4 L& J6 }0 k& z' |) C" }/ U
8.      47         .macro  pgtbl, rd
   & Q, ?+ d, u' `$ \1 Z) I- v9 Z# J
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。
line 221, 將pg table的base addr放到r0.
# M0 e- U) v; D4 K  gline 223, 將pg table的end addr放到r6.
9 K; P3 d4 Q' `9 U- mline 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
   + M, f3 d* Y/ V& ?8 b+ k
2.     222         mov     r3, #0
   & W8 \, G" R2 ^2 D2 \, x
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
   % ]- |  W5 c% \0 f
7.     227         str     r3, [r0], #4
   . ~8 D# @3 n5 W0 x4 p4 N
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）
1. [31:20]存著section base addr
' f: g+ L2 I0 F% H9 X2. [19:2]存著mmu flags
3. [1:0]用來辨別這是存放哪種page, 有四種:
3 U. h( I% `" s$ y! A   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

來看code是怎麼設定。

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.。
( o' X  T$ I" `, 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。
$ u" |) e! U5 ^+ ^所以前面兩個做完，就完成了bit[31:2]。
. F# V0 l+ c0 t; o" gline 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
   ) D9 R, z6 \4 ?3 K
2.     240         orr     r3, r7, r6, lsl #20
   & N9 y: o1 C1 Y; `0 z
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∼
+ s5 z% g( s1 J% E
, m. _. Y! D4 o* Z# p上篇已經將pc所屬的page table entry(pte)設定好，接著繼續看
7 R4 ~/ O% b% X7 k+ @( n9 d* B! V% }# Kline 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。
  C6 |4 u3 u2 r! A" v! J$ J- W
7 v5 b6 S5 w6 ~+ B: Dline 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
   ! r- M7 K" J% F9 E
2.     248         str     r3, [r0, #(KERNEL_START & 0x00f00000) >> 18]!
   
3.     249         ldr     r6, =(KERNEL_END - 1)
   
4.     250         add     r0, r0, #4
   ( x8 r0 o6 j) S% i# w) _
5.     251         add     r6, r4, r6, lsr #18
   
6.     252 1:      cmp     r0, r6
   ' W' I+ `5 n! K; R6 B
7.     253         add     r3, r3, #1 << 20
     g2 P; O9 h  b. E% a' g
8.     254         strls   r3, [r0], #4
   
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。
3 F8 c2 Q- S/ b- u1 o: p6 Oline 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。

% s# D1 P, {% Q: |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
   ; N5 x! q" M7 r$ y; E: K1 K1 H
2.     280         orr     r6, r7, #(PHYS_OFFSET & 0xff000000)
   5 ]" y7 r; Z( ~8 {
3.     281         .if     (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
4.     282         orr     r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
5.     283         .endif
   : F$ p! r, l- c# x  z$ Q
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
- _' c- w( w/ {' u+ `
; V7 a) q. h" {1 {& d- p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。

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
   
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   * Z7 i! v' |$ u* v8 o$ V* b# f
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

複製代碼

gogojesse

老店重新開張~
8 f" }& _$ R$ O1 _, a7 A+ `
花了一些時間把舊的貼文整理到一個blog
6 c0 h# U+ w9 h* J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
1 F( z7 f( q- r' V: i# @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
可以來看看和討論
9 E$ t! @, ?( V3 Khttp://gogojesseco.blogspot.com/

2 k7 T4 `- K6 {以後可能會採取  先在chip123貼新文章
: C. G3 A3 z3 o; T! [* b1 s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
1 G/ j' |1 w7 ?4 ^9 U3 {# w( K) L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
# b7 @8 q. G& |6 Q9 _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
   , S+ q7 S; x! ], V
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   " Z7 f) Z, E4 R4 c) `& ^
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   * Y9 s4 u0 M' B8 H* |
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

複製代碼

line 99, 將__switch_data放到r13。(留作之後用)
! _' I0 _9 R1 g5 \- L4 fline 101, 將__enable_mmu的addr放到lr。(留作之後用)
2 m( t9 V) K; m" U6 E! Yline 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
   % r0 x% W8 t( w# X" W$ @! j+ N
2. 374 __arm926_setup:
   * [% A0 j8 Z2 Y
3. 375         mov     r0, #0
   
4. 376         mcr     p15, 0, r0, c7, c7              @ invalidate I,D caches on v4
   ( R/ J5 c8 G9 a
5. 377         mcr     p15, 0, r0, c7, c10, 4          @ drain write buffer on v4
   ( @; [2 p! S, F7 p9 J
6. 378 #ifdef CONFIG_MMU
   
7. 379         mcr     p15, 0, r0, c8, c7              @ invalidate I,D TLBs on v4
   
8. 380 #endif
   6 N% |* M# H9 O0 K& H
9. 
   
10. 388         adr     r5, arm926_crval
    
11. 389         ldmia   r5, {r5, r6}
    4 |  K% U9 Q/ t$ ]) W2 q. C
12. 390         mrc     p15, 0, r0, c1, c0              @ get control register v4
    
13. 391         bic     r0, r0, r5
    
14. 392         orr     r0, r0, r6
    ! P; L2 [8 f0 j! Q
15. 
    7 [+ ?* r5 O( L& a  g  A! L) O
16. 396         mov     pc, lr
    5 N9 ]* ^# H/ P$ k- E
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。
4 T; F+ `4 t# ^# p& C- J- h% m* _line 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。)
7 G; z" B' t% r" ?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:
   , m  w+ ]0 r- _5 _! v7 a
2. 170         mov     r5, #(domain_val(DOMAIN_USER, DOMAIN_MANAGER) | \
   ' w  L5 [2 x. @$ u
3. 171                       domain_val(DOMAIN_KERNEL, DOMAIN_MANAGER) | \
   
4. 172                       domain_val(DOMAIN_TABLE, DOMAIN_MANAGER) | \
   4 D# L$ {/ H$ B8 a( @* P4 o
5. 173                       domain_val(DOMAIN_IO, DOMAIN_CLIENT))
   / [4 t: }! p3 ~) \- V" N! N
6. 174         mcr     p15, 0, r5, c3, c0, 0           @ load domain access register
   9 F2 }/ s3 z9 K, B
7. 175         mcr     p15, 0, r4, c2, c0, 0           @ load page table pointer
   
8. 176         b       __turn_mmu_on
   8 |: }" D( G* G/ Q
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)
+ i- n5 v2 ]! }line 175~176，將create好的page table開頭丟給mmu。跳到turn_mmu_on

1. 191 __turn_mmu_on:
   - r# L+ o3 W% [* K- J
2. 192         mov     r0, r0
   
3. 193         mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 0           @ write control reg
   
4. 194         mrc     p15, 0, r3, c0, c0, 0           @ read id reg
   ' {# Z1 H, t  N1 [0 Z
5. 195         mov     r3, r3
   , }/ \2 A& ?1 p1 ?
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
   * |  D1 M6 ^& P+ r- f' A0 }
3. 20         .long   __data_loc                      @ r4
   
4. 21         .long   _data                           @ r5
   
5. 22         .long   __bss_start                     @ r6
   2 h, Q/ F* L/ u3 \& n* i3 }1 S
6. 23         .long   _end                            @ r7
   " ^/ R9 ]& ^5 g) F
7. 24         .long   processor_id                    @ r4
   
8. 25         .long   __machine_arch_type             @ r5
   & a& `+ S5 T  D* x3 u) L5 H
9. 26         .long   __atags_pointer                 @ r6
   
10. 27         .long   cr_alignment                    @ r7
    
11. 28         .long   init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp
    # g8 c' I) J& g6 k
12. 29
    / Z2 m- w( V& m* v6 n+ B

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:
   + }$ f" P3 }; G7 t& x' |9 W, F+ N
2. 40         adr     r3, __switch_data + 4
   
3. 41
   " o; U% E' {1 E' ^5 Y* Z/ o
4. 42         ldmia   r3!, {r4, r5, r6, r7}
   ; y# ]( U- S5 }* h
5. 43         cmp     r4, r5                          @ Copy data segment if needed
   ) W2 `, g* z3 y, V6 T
6. 44 1:      cmpne   r5, r6
   8 D, a9 T) r" Y  L; L2 \$ R# F& F- X
7. 45         ldrne   fp, [r4], #4
   3 l/ }* w& l6 m8 O) _
8. 46         strne   fp, [r5], #4
     w2 I. E6 M7 g) F
9. 47         bne     1b
   
10. 48
    
11. 49         mov     fp, #0                          @ Clear BSS (and zero fp)
    
12. 50 1:      cmp     r6, r7
    4 |0 V; N0 {  h4 F5 R
13. 51         strcc   fp, [r6],#4
    , G4 s$ a* K- ^" i  h( a3 @3 D
14. 52         bcc     1b
    
15. 53
    
16. 54         ldmia   r3, {r4, r5, r6, r7, sp}
    $ G) c+ A( M2 {/ ?7 U
17. 55         str     r9, [r4]                        @ Save processor ID
    
18. 56         str     r1, [r5]                        @ Save machine type
    ' Y; \1 B1 K+ V( v8 o* M. v
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
    
22. 60         b       start_kernel
    ) l) u7 s! @) g# E. V# H) B0 Y: i
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。
! v5 |* ~" P# ~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
& w* p6 b( B$ Rline 43~47，看看data segment是不是需要搬動。
line 49~52, clear BSS。

- ]- X" i2 x, @$ f由於linux kernel在進入start_kernel前有一些前提必須要滿足：
7 O" W8 ?/ b7 R' r+ Kr0  = cp#15 control register
r1  = machine ID
r2  = atags pointer
r9  = processor ID

所以line 54~59就是在做這些準備。
最後呢? 我們就跳到start_kernel了。(而且還是用b start_kernel，表示我們不會再回來了)
( ~$ A! m/ J. M2 t) }
3 I  d+ n5 p. \' s; Y2 U( s$ J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。
# L4 x$ w2 e& w+ P1 p; y4 q! J像是 shedule init, console init, memory init, irq init等等都在start_kernel裡頭。
: j3 @: f* a9 E' O% }/ M7 J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。