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。

9 [) q8 V# l% J$ c* F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)
% q: s( t* ?  ^9 I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。
9 X! G- B+ b& R* |8 G& r0 g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 = .;
   - M, A7 y# E1 X3 s
3.      28         _sinittext = .;
   
4.      29         *(.text.head)
   
5.      30     }

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

1.      77     .section ".text.head", "ax"
   
2.      78     .type   stext, %function
   4 H0 C- ?5 ]8 u
3.      79 ENTRY(stext)
   
4.      80     msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
   3 L8 x4 Z# f9 c
5.      81                         @ and irqs disabled
   , @0 V' N; u- `# y
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   ) o2 ]' C1 C2 ^8 L) S" G
7.      83     bl  __lookup_processor_type     @ r5=procinfo r9=cpuid
   
8.      84     movs    r10, r5             @ invalid processor (r5=0)?
   + x( x- R  R/ J$ r  t' ~! i+ s
9.      85     beq __error_p           @ yes, error 'p'
   
10.      86     bl  __lookup_machine_type       @ r5=machinfo
    ! M' v+ {8 p0 T$ X
11.      87     movs    r8, r5              @ invalid machine (r5=0)?
    ) F: e2 e% b0 `( w2 O' V
12.      88     beq __error_a           @ yes, error 'a'
    . y3 f( a0 W; ?- g0 j: k
13.      89     bl  __vet_atags
    - ]( E  _" m0 ~% U: W0 Q1 X
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。
% C" A# }) I# o7 [' ^) l5 \
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。

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.
   * O$ Q0 q  j) {5 d1 r+ n$ Q# e
3.      61  * ---------------------------
   
4.      62  *
     n& `4 [$ U) y0 f. @! w% X* \3 p
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,
   
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。
; V; ?, |* r2 h; Uline 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
& ]9 I- r+ S* M# g  |* L' j' ~" bline 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
   % I& G9 c. c$ K. h+ u
3.      79 ENTRY(stext)
   
4.      80     msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
   # m4 E3 H; F8 J5 ~
5.      81                         @ and irqs disabled
   
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   5 h1 S/ v& X  S
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 k/ I5 I; M8 [4 p; Z& C: sline 158, (3f表示forware往前找叫做『3』label)將label 3的address放到r3。
/ U" q( r5 \# o" Eline 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
7 T* R5 x5 q& X* [' Kline 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 J: D- @  d' C
5.     160     sub r3, r3, r7          @ get offset between virt&phys
   
6.     161     add r5, r5, r3          @ convert virt addresses to
   5 H" z6 u1 s/ ~
7.     162     add r6, r6, r3          @ physical address space
   
8.     163 1:  ldmia   r5, {r3, r4}            @ value, mask
   # e- X0 Z( x3 G
9.     164     and r4, r4, r9          @ mask wanted bits
   & t3 Z* i* b5 X
10.     165     teq r3, r4
    ) M- Y5 O9 Z. R+ n) |+ Z7 H5 l
11.     166     beq 2f
    
12.     167     add r5, r5, #PROC_INFO_SZ       @ sizeof(proc_info_list)
    ) q, V$ ^7 }0 F- m( J, @' P' s
13.     168     cmp r5, r6
    % h/ ?. Z/ z( Q& n
14.     169     blo 1b
    8 m: V7 S  k2 L$ Z
15.     170     mov r5, #0              @ unknown processor
    . |: r: Q$ h7 x/ d: `; j. @! i+ \2 D
16.     171 2:  mov pc, lr
    7 N9 _' `, F# i! L4 f
17. 
    % ?6 b4 \+ L9 |. Z; [  |
18.     187     .long   __proc_info_begin
    " {- ]0 D2 Z: y* T1 R' k
19.     188     .long   __proc_info_end
    9 b; i( w* a' {- t9 A
20.     189 3:  .long   .
    
21.     190     .long   __arch_info_begin
    1 W2 R9 r. {1 ^/ V6 `
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。

- A% P2 ^6 x- b, z7 n3 a& }- [; i. 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。
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
   , W, h8 A6 y: }( k
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
0 a* C' j7 E6 D- E
0 T" U4 ^  h5 ]. v1 E1. 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 */
   
2.      50 #define MACHINE_START(_type,_name)                      \
   5 k9 O. r1 P" D
3.      51 static const struct machine_desc __mach_desc_##_type    \
   2 k* n! K6 m. e0 q' p9 Y( M
4.      52  __used                                                 \
   ( G% }9 z0 a+ r0 y1 t5 Z
5.      53  __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {    \
   * h9 J: Q: u" T; p. Q
6.      54         .nr             = MACH_TYPE_##_type,            \
   
7.      55         .name           = _name,
   2 c+ I& K$ T( \
8.      56
   . R6 K$ y0 w$ L( v* P  S, ?
9.      57 #define MACHINE_END                             \
   
10.      58 };
    
11.      /* 用法 */
    
12.      93 MACHINE_START(OMAP_GENERIC, "Generic OMAP1510/1610/1710")
    : j# G$ ]; Q- s! [1 D
13.      94         /* Maintainer: Tony Lindgren <tony@atomide.com> */
    6 i2 Y- x% W: g* Y) x% t
14.      95         .phys_io        = 0xfff00000,
    
15.      96         .io_pg_offst    = ((0xfef00000) >> 18) & 0xfffc,
    * ]. f% P7 `; e" [, S5 d1 Y8 P
16.      97         .boot_params    = 0x10000100,
    ' a& @  u7 |7 n9 N
17.      98         .map_io         = omap_generic_map_io,
    
18.      99         .init_irq       = omap_generic_init_irq,
    , L. J( Z# s$ X6 ~$ A8 k) K
19.     100         .init_machine   = omap_generic_init,
    
20.     101         .timer          = &omap_timer,
    
21.     102 MACHINE_END
    
22. 
    
23.     /* func */
    ! q- w5 e8 L( |9 U. P$ U
24.     204         .type   __lookup_machine_type, %function
    
25.     205 __lookup_machine_type:
    
26.     206         adr     r3, 3b
    % W* [7 ?% ~8 c" a
27.     207         ldmia   r3, {r4, r5, r6}
    
28.     208         sub     r3, r3, r4                      @ get offset between virt&phys
    : ^) v" u* E4 _" ~# b8 R. {$ G
29.     209         add     r5, r5, r3                      @ convert virt addresses to
    . _. L" N$ b& R/ B6 t" g
30.     210         add     r6, r6, r3                      @ physical address space
    
31.     211 1:      ldr     r3, [r5, #MACHINFO_TYPE]        @ get machine type
    % N7 l( n, G$ Q2 y$ {( p# j
32.     212         teq     r3, r1                          @ matches loader number?
    ) x& _; ^) O# E% \( H- y9 E
33.     213         beq     2f                              @ found
    1 v& E1 L4 b& l% [- d! V7 R: ^
34.     214         add     r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC    @ next machine_desc
    
35.     215         cmp     r5, r6
    ! [8 B5 {& E  x3 W6 D1 j2 i# w
36.     216         blo     1b
    ) M3 T3 \, Z" B% g% `. h$ |
37.     217         mov     r5, #0                          @ unknown machine
    
38.     218 2:      mov     pc, lr

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接著我們又返回到head.S，
% O  w1 j2 e$ Y5 b; s  aline 87~88也是做check動作。
( X" @- x5 R8 o, D. V* c, v' f6 Gline 89跳到vet_atags。在head-common.S

1.      87         movs    r8, r5                          @ invalid machine (r5=0)?
   : w7 a+ m" o4 {0 W) h6 ]4 T
2.      88         beq     __error_a                       @ yes, error 'a'
   ; u2 q4 P" w2 C
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。
/ O8 P8 O4 T; O" A/ B1 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。
' \" `. ]$ W! l( cline 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。
' [. k8 ?3 f( O（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
   $ I- S8 @( q) w4 w% i! p
2.      15 #define ATAG_CORE_SIZE ((2*4 + 3*4) >> 2)
   
3. 
   ( L  u  P- @! t# w3 L
4.     243         .type   __vet_atags, %function
   , n, h* F7 u5 i0 {
5.     244 __vet_atags:
   
6.     245         tst     r2, #0x3                        @ aligned?
   
7.     246         bne     1f
   
8.     247
   % M- R2 Q- H/ z8 `
9.     248         ldr     r5, [r2, #0]                    @ is first tag ATAG_CORE?
   
10.     249         subs    r5, r5, #ATAG_CORE_SIZE
    
11.     250         bne     1f
    
12.     251         ldr     r5, [r2, #4]
    7 o' Q$ b, C9 M8 @
13.     252         ldr     r6, =ATAG_CORE
    0 a$ \1 e/ [; S1 l* t
14.     253         cmp     r5, r6
    " J5 h# M" W8 D/ Z* T
15.     254         bne     1f
    
16.     255
    7 h0 D$ Q8 G; g" M
17.     256         mov     pc, lr                          @ atag pointer is ok
    
18.     257
    - n: e# J* B4 Z, r$ L
19.     258 1:      mov     r2, #0
    % ~' h5 |* J0 Y7 G* d2 K8 ~3 N, f
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。

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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：

0 ~' q, K1 e6 v) @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。

" q) w: Z( }; P' O4 n7 m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。

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 @  L, z' ?  P『產生page table到底是要給誰用的？』
& j. {' N& ?6 |! }
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。
& v( K$ j7 K6 O
' f/ i. P. W6 `7 ^5 W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。

/ @( }2 y9 m, Z1 R% F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。
& i4 T; ^1 G' Y( T* W  Q+ V
知道了page table的大致上的功能，下篇就可以專心的研究這個table的長相，和它想規劃出的系統模樣。
; X! T' S! W# e/ h1 G3 C6 I( A
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∼
1 A( D; r& Q) G8 l0 I6 [( h" eline 216，會跳到pgtbl的macro去執行，其實只是載入一個位址。
8 S( M( X/ [2 x  w3 R$ Y, r
0 ^! Q" t2 w( k1 X. |7 N. O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 */
   . Z. }- D2 p' \# ~
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)
   0 P& i1 N# q# a0 f. h
3. 
   
4.      /* arch/arm/kernel/head.S */
     w9 B3 }+ ^% K8 V" a
5.      29 #define KERNEL_RAM_VADDR        (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   ; e4 N# f) C1 E% |, _
6.      30 #define KERNEL_RAM_PADDR        (PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   
7. 
   
8.      47         .macro  pgtbl, rd
   - I8 q+ ~5 u& l- p. r/ w
9.      48         ldr     \rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000)
   4 A! F- L1 k+ N- k- k& i
10.      49         .endm
    - K4 U5 A* T* |9 p/ T
11. 
    1 p$ }  q0 x4 J1 M) I; D8 g) g- y" m
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
   + z6 |+ H/ D/ ]% ?$ e" f8 J5 }( t
2.     222         mov     r3, #0
   5 R, m( f/ [3 `: m; b
3.     223         add     r6, r0, #0x4000
   . j9 i" x2 ?0 V' N1 a2 C8 E/ c
4.     224 1:      str     r3, [r0], #4
   
5.     225         str     r3, [r0], #4
   ( Q. |& n0 t9 P1 y. A6 U& h
6.     226         str     r3, [r0], #4
   7 E$ L5 v. ~! W% R+ F5 W$ i
7.     227         str     r3, [r0], #4
   
8.     228         teq     r0, r6
   ! c* m, b" {4 J# |5 y8 A
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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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 N) ^; s3 K+ a8 X9 F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）
' a6 w( Z! Z1 p/ a) o1. [31:20]存著section base addr
2. [19:2]存著mmu flags
6 @. i7 \. Y4 I( `5 y  r( q0 @3. [1:0]用來辨別這是存放哪種page, 有四種:
5 I( b0 H% J$ ]' _   a. fault (00) b. coarse page (01) c. section (1st level) (10) d. fine page (11)
4 z' ]& e  E7 u# o; l4. pg tabel資料要存放到 [31:14] = translation base, [13:2] = table index , [1:0] = 0b00 的位址
3 N0 ]( k5 z) }1 {6 S* F' C
% Y( S/ U( L. L6 i; r/ ?9 f來看code是怎麼設定。
4 u) \6 S9 i! u- X
$ s# X; _1 O" Q: A# Hline 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.。
% }" m" {9 ^  n$ y9 r8 Eline 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]。
6 B: ~' q  X' q: Wline 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
   - o7 w& p  h7 h. O
2.     240         orr     r3, r7, r6, lsl #20
   
3.     241         str     r3, [r4, r6, lsl #2]

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p.s. 用pc值剛好可以算出當前的page。

gogojesse

最近又被釘上了，開始忙碌，大概沒太多時間貼文∼
; K  W6 D) `( e, E8 e1 `
) W# G, r! [2 o: q1 |/ y- O* Z, R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。

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 f5 Z* [) g' `7 F9 M1 M8 ?
2.     248         str     r3, [r0, #(KERNEL_START & 0x00f00000) >> 18]!
   , c4 \" x: R+ F+ p+ m: A4 K$ m
3.     249         ldr     r6, =(KERNEL_END - 1)
   
4.     250         add     r0, r0, #4
   * g% e5 ^4 N1 T- u' \' h; |- q8 t
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。
9 A! p9 D$ k: Y# X/ S0 Z8 _. Lline 284，最後將結果存到r0所指到的pte。
) S. n5 k$ p5 b9 E2 Q' j# T
# y' y6 R& P- y! d% v4 V% G- f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。
3 j3 A7 d1 g5 v1 i+ F
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
   
2.     280         orr     r6, r7, #(PHYS_OFFSET & 0xff000000)
   0 s5 [8 N" M: m
3.     281         .if     (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
4.     282         orr     r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
5.     283         .endif
   8 T! T4 ?' [+ f' b# ^
6.     284         str     r6, [r0]
   
7.     327         mov     pc, lr

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附帶一提，我們這邊省略了一些用ifdef包起來的程式碼，像是一開始會印一些output message的程式碼（line286~326）。

gogojesse

自create page table返回後，我們偷偷看一下接下來的程式碼，
line 99, 將switch_data擺到r13
& r% ]3 }6 Z8 U  t  _" ~! \line 101, 將enable_mmu擺到lr
6 o/ E7 A& }( c. Tline 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。

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
   : g8 R( t6 l3 l3 f) z
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   7 _' _) K3 S* s5 ?) M, W9 j
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   5 Q# x3 y% Q2 g) ~2 K- W5 u
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

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gogojesse

老店重新開張~

9 `0 x) T1 |* O花了一些時間把舊的貼文整理到一個blog
3 s9 \. e# o( }) z4 H, P有把一些敘述修改過
4 p5 t6 Q( z" ~+ e# \+ b希望會比較容易集中閱讀
& y: f, T5 t+ U+ ?# y目前因為某些敘述不容易
2 ~% b  _* l3 e) L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
" }* S/ F. j$ f8 c( M- ]/ P, I2 V大家有興趣的話
可以來看看和討論
' j. b- e/ b: y& J* b' [http://gogojesseco.blogspot.com/

以後可能會採取  先在chip123貼新文章
慢慢整理到blog上的方式
/ H/ R- e/ f% h6 X因為chip123比較方便討論 =)
blog編輯修改起來比較方便
6 J- q" q7 o" F+ V; i& N閱讀也比較集中   大家可以在這邊看到討論
! C6 _7 r4 O1 F1 R/ [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
   1 w' D& H4 @4 E
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   ( C+ L+ ^, K4 x" w' ^
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)
$ r" r' Q) ^; Z* j6 j/ iline 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
   4 N. B' e! j: M: G
4. 376         mcr     p15, 0, r0, c7, c7              @ invalidate I,D caches on v4
   0 p' ~: V8 r4 V$ t
5. 377         mcr     p15, 0, r0, c7, c10, 4          @ drain write buffer on v4
   0 ^9 L( q' {9 C2 d+ ^1 x. \0 g; w
6. 378 #ifdef CONFIG_MMU
   : C% J8 F0 j6 Z9 y: c' r) k
7. 379         mcr     p15, 0, r0, c8, c7              @ invalidate I,D TLBs on v4
   % `- O2 B  E# w2 ]! U- A
8. 380 #endif
   3 n2 k$ ]& {8 i+ N' U1 _
9. 
   
10. 388         adr     r5, arm926_crval
    
11. 389         ldmia   r5, {r5, r6}
      J; V8 W5 t+ u4 @5 y9 v
12. 390         mrc     p15, 0, r0, c1, c0              @ get control register v4
    4 M# f6 D5 ~6 \, i5 V/ g) ?1 }* y/ `
13. 391         bic     r0, r0, r5
    
14. 392         orr     r0, r0, r6
    
15. 
    
16. 396         mov     pc, lr
    , }- u- p$ U) g! G; ?
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 x! r9 Y  y* O2 u3 ]; iline 388~392, 把cp15的設定讀出來，並且將一些預設狀態做好運算放到r0。(預設值從arm926_crval這邊可以取得。)
line 396, 直接把pc跳到lr，因為我們之前已經將lr = enable_mmu，所以直接跳過去。

gogojesse

1. 155 __enable_mmu:
   
2. 170         mov     r5, #(domain_val(DOMAIN_USER, DOMAIN_MANAGER) | \
   7 ^+ x9 m5 v4 b7 H9 h: ?. }  c+ H# }
3. 171                       domain_val(DOMAIN_KERNEL, DOMAIN_MANAGER) | \
   6 x! u6 C# k8 N* C
4. 172                       domain_val(DOMAIN_TABLE, DOMAIN_MANAGER) | \
   
5. 173                       domain_val(DOMAIN_IO, DOMAIN_CLIENT))
   
6. 174         mcr     p15, 0, r5, c3, c0, 0           @ load domain access register
   
7. 175         mcr     p15, 0, r4, c2, c0, 0           @ load page table pointer
   ! ]6 V/ C5 ?5 i1 [
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:
   
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
   6 N6 i: j' o# @) r! s/ t
5. 195         mov     r3, r3
   
6. 196         mov     r3, r3
   " m* H3 F1 S- B6 A  V
7. 197         mov     pc, r13
   , E; W, c0 G; {. _9 D- Z" |5 f
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:
   & b( K$ J4 r0 [! }1 I3 \( j5 u
2. 19         .long   __mmap_switched
   
3. 20         .long   __data_loc                      @ r4
   
4. 21         .long   _data                           @ r5
   
5. 22         .long   __bss_start                     @ r6
   9 u! s% S+ m" Q" s; x% \$ W
6. 23         .long   _end                            @ r7
   
7. 24         .long   processor_id                    @ r4
   
8. 25         .long   __machine_arch_type             @ r5
   
9. 26         .long   __atags_pointer                 @ r6
   1 B* p, q. z, \0 h  ^7 K
10. 27         .long   cr_alignment                    @ r7
    
11. 28         .long   init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp
    . Q6 q9 z, W5 k; C) _' F
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
   , ]4 s7 N& f( C' m6 n
3. 41
   # H& v% {# E. ?' _* u( u
4. 42         ldmia   r3!, {r4, r5, r6, r7}
   & K8 v/ e! `" ~% [, x
5. 43         cmp     r4, r5                          @ Copy data segment if needed
   # Y! A/ L0 ]; ~0 u* M
6. 44 1:      cmpne   r5, r6
   ; [8 t; L' ~, L3 \
7. 45         ldrne   fp, [r4], #4
   4 j& ~8 N7 k) D
8. 46         strne   fp, [r5], #4
   % ]+ l& n1 L1 D0 l
9. 47         bne     1b
   7 }4 v, l3 l5 W% N* F  _7 i
10. 48
    
11. 49         mov     fp, #0                          @ Clear BSS (and zero fp)
    
12. 50 1:      cmp     r6, r7
    + e- @6 W! V# s: s/ W  H
13. 51         strcc   fp, [r6],#4
    
14. 52         bcc     1b
    
15. 53
    2 k5 x7 }8 f8 ?( b0 A
16. 54         ldmia   r3, {r4, r5, r6, r7, sp}
    
17. 55         str     r9, [r4]                        @ Save processor ID
    
18. 56         str     r1, [r5]                        @ Save machine type
    
19. 57         str     r2, [r6]                        @ Save atags pointer
    8 I. ~: G' ~' [8 n
20. 58         bic     r4, r0, #CR_A                   @ Clear 'A' bit
    ) E9 S- t# x, j" J8 h
21. 59         stmia   r7, {r0, r4}                    @ Save control register values
    
22. 60         b       start_kernel
    & h& C2 @* J5 e8 ^
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。
/ k, O# v2 X6 kline 39，將__data_loc的addr放到r3
- h* k, l' g1 Gline 42,從r3的位址，連續讀取四筆資料到r4, r5, r6, r7
+ d9 @5 w& z: |line 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
) G2 i. R; X# Gr1  = machine ID
r2  = atags pointer
r9  = processor ID
  B# S& I& W0 N6 r& u, J
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)
+ ?- g& s% T# [
- _: d$ X1 b, J1 Y3 }/ S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。
% B& b1 z% u$ L& F; e* E) F' J像是 shedule init, console init, memory init, irq init等等都在start_kernel裡頭。
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。