trace linux kernel source - ARM - 03

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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
& l9 ~5 D% I5 S3 Z『mov pc, r4』
- ]6 S2 U9 f& I# n9 y2 L. \+ I, mr4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？！
& ?: A( u# W8 Y* M; C9 m! L. D
  X; C- u# L5 H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。

) F" I& b6 q7 L  Y8 K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。
* r1 F' _/ b- _6 T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 = .;
   # e# z# d; l/ ^5 b8 x
3.      28         _sinittext = .;
   - H" f; }/ B+ i
4.      29         *(.text.head)
   5 k( G0 V; V" t# \9 a- Z
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"
   / b9 x2 J0 X$ |0 b9 t) b
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
   2 z* D+ ^% Z* z5 V8 ?
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)?
   . H" f9 v- `& S1 f# X3 G
9.      85     beq __error_p           @ yes, error 'p'
   ) D) y) w4 \2 R+ `
10.      86     bl  __lookup_machine_type       @ r5=machinfo
    
11.      87     movs    r8, r5              @ invalid machine (r5=0)?
    7 x0 c) \, r- \( E' v' s1 j
12.      88     beq __error_a           @ yes, error 'a'
    ; j' k) `& v, c  p
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。
5 i. B5 N# J/ _. J) R( G* n4 B; C
4 @' H" K/ B2 ~& F6 }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  *
   ! p. T8 D2 L4 O, k2 p8 e6 ~& V4 d
5.      63  * This is normally called from the decompressor code.  The requirements
   % o& |* t1 b7 V& T
6.      64  * are: MMU = off, D-cache = off, I-cache = dont care, r0 = 0,
   * ?+ L6 h" ]7 O5 F# A1 X
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。
" H+ ]' f' S. z" r3 L3 F. K% I6 ~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)
: v$ u; Z1 f! ^1 m3 q' |line 82, 讀取CPU ID到r9
line 83, 跳到 __lookup_processor_type 執行（bl會記住返回位址）。

1.      77     .section ".text.head", "ax"
   
2.      78     .type   stext, %function
   4 J; I$ f3 S1 `9 l
3.      79 ENTRY(stext)
   ( S+ h. \( D0 l% L" y9 ]
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

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接著會跳到head-common.S這個檔，
3 [8 i) h$ ~: I! Fline 158, (3f表示forware往前找叫做『3』label)將label 3的address放到r3。
& t  T8 P/ M, b7 s3 y) Fline 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。
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
   
2.     157 __lookup_processor_type:
   " O1 |- Y- H" M: G2 q& H
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
   " M: D: d5 h! L+ f/ [: l6 p
8.     163 1:  ldmia   r5, {r3, r4}            @ value, mask
   
9.     164     and r4, r4, r9          @ mask wanted bits
   . i' q% w- v, i- F4 p9 y( D% D6 q  J
10.     165     teq r3, r4
    4 J- q4 m$ K/ k: z2 {: @+ M
11.     166     beq 2f
    ; ]. A1 p7 H2 ?6 R
12.     167     add r5, r5, #PROC_INFO_SZ       @ sizeof(proc_info_list)
    
13.     168     cmp r5, r6
    & _& d$ k6 _. j: ]6 X% s6 g8 ~
14.     169     blo 1b
    
15.     170     mov r5, #0              @ unknown processor
    5 a) |1 @  m/ w0 |( e- `* I4 T
16.     171 2:  mov pc, lr
    ; I1 a9 l+ T" D4 _- C0 Z, ~/ }
17. 
    : P, z+ x# O3 W8 d7 A
18.     187     .long   __proc_info_begin
    . E/ U- s' V' A+ E9 W9 |: A8 u
19.     188     .long   __proc_info_end
    
20.     189 3:  .long   .
    + ^! F2 R2 u" t, u
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。
8 r+ C' Q9 U: G% n/ \
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。
- R0 ]" ~9 \6 tline 85, 就是r5 = 0的話，就跳到__error_p去執行。
! e# Z0 W. k+ 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)?
   3 P# K) P8 p4 F+ Z
3.      85         beq     __error_p                       @ yes, error 'p'
   9 c- d; U# H" R
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

5 K- ]6 V1 R; {3 A1. 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。
# C: N+ d, Y  G+ V9 q
! g6 t  h' M+ u2. 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 */
   + g  K* B4 i7 F' L$ j; w
2.      50 #define MACHINE_START(_type,_name)                      \
   ; }7 T: J1 N( T7 V
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.      56
   
9.      57 #define MACHINE_END                             \
   6 T- F, z! S' f
10.      58 };
    
11.      /* 用法 */
    , P: {/ X: C4 b+ g- e& q- C! Z
12.      93 MACHINE_START(OMAP_GENERIC, "Generic OMAP1510/1610/1710")
    
13.      94         /* Maintainer: Tony Lindgren <tony@atomide.com> */
    0 m7 x8 \: b5 L
14.      95         .phys_io        = 0xfff00000,
    
15.      96         .io_pg_offst    = ((0xfef00000) >> 18) & 0xfffc,
    . U- v' F- ]$ i8 x9 x
16.      97         .boot_params    = 0x10000100,
    
17.      98         .map_io         = omap_generic_map_io,
    0 o: [: ]( \) w
18.      99         .init_irq       = omap_generic_init_irq,
    
19.     100         .init_machine   = omap_generic_init,
    # J8 r3 S7 K& i0 {
20.     101         .timer          = &omap_timer,
    
21.     102 MACHINE_END
    
22. 
    
23.     /* func */
    8 m  |& W# m8 q& c5 E
24.     204         .type   __lookup_machine_type, %function
    7 h- k) s; ?: l. [0 c" o
25.     205 __lookup_machine_type:
    
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
    ! ~4 ?' q6 c% l. H
31.     211 1:      ldr     r3, [r5, #MACHINFO_TYPE]        @ get machine type
    ; O+ I9 C. c; J( l
32.     212         teq     r3, r1                          @ matches loader number?
    
33.     213         beq     2f                              @ found
    
34.     214         add     r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC    @ next machine_desc
    
35.     215         cmp     r5, r6
    . }* f, p7 Z" s/ b% Q
36.     216         blo     1b
    
37.     217         mov     r5, #0                          @ unknown machine
    : s# L  C: m" R1 Y0 t% t4 c0 o  k
38.     218 2:      mov     pc, lr

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接著我們又返回到head.S，
" `9 j+ u, V$ G( P8 Lline 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)?
   
2.      88         beq     __error_a                       @ yes, error 'a'
   2 b- B2 T! a+ }: k! L7 G
3.      89         bl      __vet_atags
     t# }! k1 I# C
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。
! T& H5 I' S6 W! |4 f* z& r; Lline 246, 沒有aligned跳到label 1，就返回了。
& s4 ~# b; q- zline 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。
" W, i' R9 w7 m. P8 O7 R' O# ?7 }9 n" tline 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)
   ! N0 h/ a$ g# d  J) u3 P" y7 K
3. 
   , A6 x% ^, G5 D
4.     243         .type   __vet_atags, %function
   + C4 r6 z' Q$ G& s9 `
5.     244 __vet_atags:
   ; p4 x1 P  d! a( \0 o
6.     245         tst     r2, #0x3                        @ aligned?
   
7.     246         bne     1f
   0 j6 Z, ~6 c$ l+ ]7 i+ K5 [# Q
8.     247
   0 I/ r9 w% P9 E. s
9.     248         ldr     r5, [r2, #0]                    @ is first tag ATAG_CORE?
   
10.     249         subs    r5, r5, #ATAG_CORE_SIZE
    2 r% c4 ?# Z/ W# y
11.     250         bne     1f
    
12.     251         ldr     r5, [r2, #4]
    
13.     252         ldr     r6, =ATAG_CORE
    
14.     253         cmp     r5, r6
    9 v3 Q7 T# E% K' T1 q7 Y
15.     254         bne     1f
    / j0 _/ A! M" ]* K/ M! b- d
16.     255
    ! ~4 ~8 N! L/ W2 j2 y7 w: c0 N
17.     256         mov     pc, lr                          @ atag pointer is ok
    ! g) Q2 p+ v$ Y# S
18.     257
    
19.     258 1:      mov     r2, #0
    ' K( l% n; F: X: d1 c0 H; L
20.     259         mov     pc, lr

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接著我們又跳回去head.S。  
& l% v4 i$ y; E/ iline 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。

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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。
9 p9 X: A. Q% S/ V" a, A2. 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。

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。
" Q. D. B- n; s) g# P
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∼

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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 }  Y+ T9 h- [( X5 z
『產生page table到底是要給誰用的？』

% A/ c. A8 d2 g" a- q7 o7 j; 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。

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。
& T) Q& M1 s' B& N
* i- O6 x  y0 r+ T) E1 L5 C" P. S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?

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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。
% m/ g! s2 w3 ~& J
5 y- B2 Y; n! d; j! j. m2 f+ l& o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。
+ H2 [* \9 F+ U4 t1 U0 C6 b0 ]
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。

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 */
   * p& j% r, d. ^* v. Z3 M
2.      95 textofs-y       := 0x00008000
   
3.     152 TEXT_OFFSET := $(textofs-y)

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1. /* include/asm-arm/arch-omap/memory.h */
   8 S- C. \! r# h( K4 F  `1 z3 q2 a2 M0 l
2.      40 #define PHYS_OFFSET             UL(0x10000000)
   + H, s. O+ o4 M" }7 i* {
3. 
   : j( e  a4 L5 h3 R) U! w5 K: [
4.      /* arch/arm/kernel/head.S */
   
5.      29 #define KERNEL_RAM_VADDR        (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   
6.      30 #define KERNEL_RAM_PADDR        (PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   
7. 
     e4 h0 @1 |  y  u6 n
8.      47         .macro  pgtbl, rd
   4 u( h  |7 O9 m( t; X& H: S
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。
- T  M6 E/ K5 g+ P% rline 221, 將pg table的base addr放到r0.
line 223, 將pg table的end addr放到r6.
% |% b/ ~6 l6 J) L/ L' jline 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
   - [6 }9 ~# r8 {& u1 `; f
2.     222         mov     r3, #0
   
3.     223         add     r6, r0, #0x4000
   ) E, P& l+ ~3 E3 m) F4 z; p
4.     224 1:      str     r3, [r0], #4
   & m* s! h* X1 G2 b' w8 o- q2 v# J
5.     225         str     r3, [r0], #4
   
6.     226         str     r3, [r0], #4
   : p* W9 H) Z- @: ~2 [
7.     227         str     r3, [r0], #4
   8 E& w+ k+ {- H* b: j7 f3 w
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。

0 g9 Y) B" l( V* 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）
2 Q' u" X! P* T9 t- J1. [31:20]存著section base addr
( f- E+ ^# `! j# \  a) d* u6 W2. [19:2]存著mmu flags
% _, t+ Y0 t. S. I& [% j# M; Y- c: |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)
) d9 F0 x4 e* J/ Z3 i8 y3 ^: u4. 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.。
3 R' r* }) g; A  u8 D0 t- f! R; Xline 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]。
+ A- v6 I& ~5 T6 C; ]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
   9 ^# ~" k% h5 V
2.     240         orr     r3, r7, r6, lsl #20
   6 C5 q9 D, G7 P( m
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∼
, b5 a0 S3 Y7 p0 C
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。
' Z# n5 Z, ?+ a2 n2 W. P* ?
% B7 y; o$ e* j+ Zline 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
   9 w. \4 M# y3 t7 d
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
   6 F2 |7 ?2 h3 D# X) r' B# t9 {7 k
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。
4 Q6 ]6 j. x4 j( p7 y- i" }line 284，最後將結果存到r0所指到的pte。
3 ^4 A) q# ]0 a6 m' o
9 @  O& Q" u# C0 h( {# s+ X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。

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
   * X7 p5 a. N: N9 g! e9 A$ f# K
2.     280         orr     r6, r7, #(PHYS_OFFSET & 0xff000000)
   
3.     281         .if     (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
4.     282         orr     r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
5.     283         .endif
   - y- d6 }7 T& G( E' L0 w
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，
; ~2 _7 Q) h! ^line 99, 將switch_data擺到r13
line 101, 將enable_mmu擺到lr
line 102, 將pc改跳到r10+PROCINFO_INITFUNC的地方去

其實這邊有點玄機，switch_data和enable_mmu都是function，結果位址都只是被存起來，並沒有直接跳過去執行。其實，雖然程式碼是順序switch_data->enable_mmu->proc init function，但其實執行的順序會是 procinfo 的init function-> enable_mmu -> switch_data 。至於，為什麼要這樣寫的原因？就不清楚了，也還沒仔細推敲過。
5 d: Z8 S8 |7 |
" L% j  L: c1 u- \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
   7 C5 l8 I; g, ~- @. R
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   7 P- j$ J; g" O0 b
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

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gogojesse

老店重新開張~

0 E! D, n) ~+ d2 D9 v1 ~花了一些時間把舊的貼文整理到一個blog
有把一些敘述修改過
希望會比較容易集中閱讀
! q- P/ _, Q6 `6 i% a" T% f; \目前因為某些敘述不容易
3 N" G- v9 x$ B7 I5 U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
) `* O+ z, ]& V& }3 V2 }7 C, X大家有興趣的話
% g' v9 n9 q, `  D5 O可以來看看和討論
, s4 J4 L7 B7 s/ qhttp://gogojesseco.blogspot.com/
9 r, R' O, _8 z$ Q# y# C
% f4 [9 q/ G) y, h7 h0 [3 ?" 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 =)
blog編輯修改起來比較方便
* I+ ]+ Y) B9 @4 ?閱讀也比較集中   大家可以在這邊看到討論
% _* F; B# B2 L3 q2 ]# l' Q; }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
9 @/ N7 l$ b' M2 b$ Q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
   5 l* N) Q) a( q) b- \
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   $ j3 C4 m7 T/ i1 O( |' x
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

複製代碼

line 99, 將__switch_data放到r13。(留作之後用)
' }5 c, {1 `3 ?: k5 @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
   
2. 374 __arm926_setup:
   0 }2 c& @( j7 s# l+ e5 s5 ]; f) W
3. 375         mov     r0, #0
   2 p( r  u- a" t) D! G
4. 376         mcr     p15, 0, r0, c7, c7              @ invalidate I,D caches on v4
   1 }' S6 S& v, r
5. 377         mcr     p15, 0, r0, c7, c10, 4          @ drain write buffer on v4
   
6. 378 #ifdef CONFIG_MMU
   
7. 379         mcr     p15, 0, r0, c8, c7              @ invalidate I,D TLBs on v4
   ) \7 K5 u1 k" A7 e5 e# _
8. 380 #endif
   1 j) r% n; v0 F6 u4 y; O; G
9. 
   
10. 388         adr     r5, arm926_crval
    " V# L" I' O' `9 r/ F: J$ ]# g
11. 389         ldmia   r5, {r5, r6}
    
12. 390         mrc     p15, 0, r0, c1, c0              @ get control register v4
    5 r+ t" n: F& Y$ h; b! j* i# j
13. 391         bic     r0, r0, r5
    & X1 e. R( A& P8 X2 ?
14. 392         orr     r0, r0, r6
    
15. 
    " q6 z$ C  |  v: F5 V8 Y
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，
( M1 e/ ^6 t- B" cline 375~380, 主要就是invalidate CPU的I&D cache和清空write buffer。
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。)
: X: G3 r9 I0 f6 s$ Lline 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:
   ; @  X: f5 r9 x8 k$ ^
2. 170         mov     r5, #(domain_val(DOMAIN_USER, DOMAIN_MANAGER) | \
   % e$ c) @& A4 \* e) x
3. 171                       domain_val(DOMAIN_KERNEL, DOMAIN_MANAGER) | \
   7 Y5 O2 _$ Y" _
4. 172                       domain_val(DOMAIN_TABLE, DOMAIN_MANAGER) | \
   - Y/ U5 E: _5 G/ w0 z) k% J
5. 173                       domain_val(DOMAIN_IO, DOMAIN_CLIENT))
   
6. 174         mcr     p15, 0, r5, c3, c0, 0           @ load domain access register
   3 \9 |9 z9 M1 H9 c
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)
line 175~176，將create好的page table開頭丟給mmu。跳到turn_mmu_on

1. 191 __turn_mmu_on:
   7 C# Y% i. E. K9 `7 L4 R
2. 192         mov     r0, r0
   2 D2 o+ N! b5 j/ T; `
3. 193         mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 0           @ write control reg
   + W8 j4 N8 e# }8 s' A, y
4. 194         mrc     p15, 0, r3, c0, c0, 0           @ read id reg
   ' b( r- w# M5 {: f! {$ }
5. 195         mov     r3, r3
   / Z8 h. E! I* p5 e) N5 k+ k$ R* e% U
6. 196         mov     r3, r3
   % c8 B" w9 p4 q0 I
7. 197         mov     pc, r13
   , d  {, D) r  n" h  }+ D" u7 T
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
   $ S9 c2 `. z& G
4. 21         .long   _data                           @ r5
   % q5 C$ ^" n4 E5 r% z, T+ G
5. 22         .long   __bss_start                     @ r6
   : T" M' ~: c4 z0 ~! O  u
6. 23         .long   _end                            @ r7
   1 G2 f% t; s9 G( X, p5 l$ n
7. 24         .long   processor_id                    @ r4
   ! i4 ]8 Q0 ~8 N) K
8. 25         .long   __machine_arch_type             @ r5
   
9. 26         .long   __atags_pointer                 @ r6
   
10. 27         .long   cr_alignment                    @ r7
    % j# |3 Q4 Y8 D5 B- W. c& S4 |! v
11. 28         .long   init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp
    
12. 29
    

複製代碼

switch_data的第一行就是 __mmap_switched，所以我們直接看line 39。

gogojesse

1. 39 __mmap_switched:
   
2. 40         adr     r3, __switch_data + 4
   5 W% V& e8 m, O' |5 z
3. 41
   8 T, `& W6 @9 w( m! s: G* ?- s
4. 42         ldmia   r3!, {r4, r5, r6, r7}
   6 d2 ^0 p9 J5 w, n. m( {( D; w
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
   , q/ P$ G0 R5 X! m1 g3 W. H
9. 47         bne     1b
   # k, [6 s  [1 H$ [5 x" t. B
10. 48
    - _3 ^5 p+ J7 K, ?+ x+ v! i
11. 49         mov     fp, #0                          @ Clear BSS (and zero fp)
    
12. 50 1:      cmp     r6, r7
    
13. 51         strcc   fp, [r6],#4
    * ?& t/ a2 R5 N9 i, n; R* e
14. 52         bcc     1b
    $ T' U$ S5 W7 M+ \* T# Q
15. 53
    
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
    ; z- s7 _' B: ]1 a0 \) @
19. 57         str     r2, [r6]                        @ Save atags pointer
    ) z5 U, ]& d& }1 G( r
20. 58         bic     r4, r0, #CR_A                   @ Clear 'A' bit
    $ c: \9 `7 U- v2 [
21. 59         stmia   r7, {r0, r4}                    @ Save control register values
    - `7 r' b5 y* ]$ f2 V" e8 i1 j
22. 60         b       start_kernel
      K" \: a3 S( {3 ^: `4 p
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。
3 @) O8 X; z5 h( Q0 Qline 39，將__data_loc的addr放到r3
% k1 J% C, {  |: k! V/ w1 F8 ^- C: ]! U: _line 42,從r3的位址，連續讀取四筆資料到r4, r5, r6, r7
3 x1 q; w: _0 m" `) p5 dline 43~47，看看data segment是不是需要搬動。
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
. w4 E3 O8 i% r: E0 A5 @0 I) [r1  = machine ID
, |6 N4 k6 T& a, H7 q7 v  G* x- ir2  = atags pointer
r9  = processor ID
! q1 d# A7 c1 d5 C" K' f
所以line 54~59就是在做這些準備。
7 F/ u4 H) u9 Q3 s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)

看一下start_kernel()在./init/main.c，終於跳出architecture specific的目錄，表示
; X# J1 X2 a, G, H8 f我們真正的開始linux kernel的初始化。
9 K  u( A0 A3 D) g: W2 E像是 shedule init, console init, memory init, irq init等等都在start_kernel裡頭。
) e! o5 ]0 ~9 t+ X/ d0 @1 \% e% X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。