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』
9 Q, Z/ r, O1 V+ v% p" n( p/ `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？！

+ E6 i6 S5 l. w8 C! l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。

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。
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 : {
   # n( S% n( Y4 X
2.      27         _stext = .;
   ; k$ [2 F" a1 Y# r3 Q" R* Q
3.      28         _sinittext = .;
   
4.      29         *(.text.head)
   % E9 A% w& l, G' W# @
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)
   8 r4 H/ F& V$ H% a0 \: z; o2 n$ Z, J
4.      80     msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
   
5.      81                         @ and irqs disabled
   
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   " M2 d/ J* `2 b; a5 F4 j, A
7.      83     bl  __lookup_processor_type     @ r5=procinfo r9=cpuid
   ! Z) ?( O. N: ?3 {
8.      84     movs    r10, r5             @ invalid processor (r5=0)?
   
9.      85     beq __error_p           @ yes, error 'p'
   3 K, k7 K/ _' A# ^$ {! C2 h
10.      86     bl  __lookup_machine_type       @ r5=machinfo
      W1 r# F' }# V2 R; D& ~8 D6 _
11.      87     movs    r8, r5              @ invalid machine (r5=0)?
    
12.      88     beq __error_a           @ yes, error 'a'
    , p' p  N3 ^& Z! ?* p
13.      89     bl  __vet_atags
    % L; Q3 ?. z3 p8 Y! v
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。
+ @! S0 L; U2 m' W
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 /*
   8 Q& F9 y- K& T+ D9 w8 O
2.      60  * Kernel startup entry point.
   : u6 E; B1 z% `
3.      61  * ---------------------------
   
4.      62  *
   4 {% {1 g2 s# ?& ~
5.      63  * This is normally called from the decompressor code.  The requirements
   4 r2 m# N+ h6 P8 F' }( W3 n: V
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。
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)
8 A1 f. q  k( m6 q- }line 82, 讀取CPU ID到r9
% g1 ^4 b5 n! ]. c, z8 @$ a$ i  iline 83, 跳到 __lookup_processor_type 執行（bl會記住返回位址）。

1.      77     .section ".text.head", "ax"
   ( O$ V$ i) \; D, z
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
   " B9 M! Y" L/ k4 p$ ]! z) u
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 j9 t6 T8 k) j) x5 Y2 T% L" c( Sline 158, (3f表示forware往前找叫做『3』label)將label 3的address放到r3。
$ @( k; A2 p. G4 E2 aline 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）
3 \2 G% U+ h" e, H5 M) Iline 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
( s) k# ]+ u" uline 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
   6 h5 f" L1 U0 |& Z
2.     157 __lookup_processor_type:
   
3.     158     adr r3, 3f
   
4.     159     ldmda   r3, {r5 - r7}
   6 [0 ]& j! Q/ q  E
5.     160     sub r3, r3, r7          @ get offset between virt&phys
   ( M! O9 n& D* R2 V+ N4 v$ E
6.     161     add r5, r5, r3          @ convert virt addresses to
   
7.     162     add r6, r6, r3          @ physical address space
   : V: p) w4 |) `
8.     163 1:  ldmia   r5, {r3, r4}            @ value, mask
   
9.     164     and r4, r4, r9          @ mask wanted bits
   8 Y( `+ S$ P$ W. \2 I& M+ c
10.     165     teq r3, r4
    6 |3 i8 E  c8 D6 N5 _; ^7 {' n
11.     166     beq 2f
    2 j/ h7 @* Y: ?0 `& n0 I
12.     167     add r5, r5, #PROC_INFO_SZ       @ sizeof(proc_info_list)
    
13.     168     cmp r5, r6
    ; n$ g+ S" P1 y4 d
14.     169     blo 1b
    
15.     170     mov r5, #0              @ unknown processor
    
16.     171 2:  mov pc, lr
    
17. 
    
18.     187     .long   __proc_info_begin
    
19.     188     .long   __proc_info_end
    - O/ j& v+ E" G3 S2 q. ?1 H2 q
20.     189 3:  .long   .
    ( r3 Q% Z+ C/ R
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。
- R# k6 j5 J: v1 y4 Z
* h* v3 D5 h7 H, A" [$ ^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。
3 D( A' C# s, }5 Q. ?line 85, 就是r5 = 0的話，就跳到__error_p去執行。
, M  e7 }2 k; g* \) e3 J# Gline 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
   9 w: ~, [" V: U. {" W
2.      84         movs    r10, r5                         @ invalid processor (r5=0)?
   . f5 L1 g2 D* _+ g' i- U
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
1 O! o- G3 u+ ~/ F
2 t  k" o9 J, m% d6 n1. 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。
# T( H% e& r) ~# d" P
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)                      \
   
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,            \
   / c' L3 d( ]: Q: u
7.      55         .name           = _name,
   : g7 `+ r' n1 B6 b
8.      56
   7 H% f/ u) S* w" H/ F5 V4 j8 h
9.      57 #define MACHINE_END                             \
   : e% a7 t4 _# s" g( F
10.      58 };
    " P% R; z2 b5 Y1 `" d8 i9 L
11.      /* 用法 */
    
12.      93 MACHINE_START(OMAP_GENERIC, "Generic OMAP1510/1610/1710")
    . f# s5 ]+ H" E+ [$ `
13.      94         /* Maintainer: Tony Lindgren <tony@atomide.com> */
    6 f: l3 f8 r* K$ v
14.      95         .phys_io        = 0xfff00000,
    
15.      96         .io_pg_offst    = ((0xfef00000) >> 18) & 0xfffc,
    
16.      97         .boot_params    = 0x10000100,
    $ s, d& |; I; f8 e( _) W
17.      98         .map_io         = omap_generic_map_io,
    8 x( B" u$ `& v1 o; V( i( v
18.      99         .init_irq       = omap_generic_init_irq,
    & W& g0 f! z& `# s
19.     100         .init_machine   = omap_generic_init,
    
20.     101         .timer          = &omap_timer,
    
21.     102 MACHINE_END
    
22. 
    4 h# K3 ]4 q/ q& i/ c5 P
23.     /* func */
    
24.     204         .type   __lookup_machine_type, %function
    6 B- ?( @4 `& b/ D( r1 i
25.     205 __lookup_machine_type:
    7 a5 [3 p$ G* J$ M' y
26.     206         adr     r3, 3b
    ) R; |/ ]0 ]4 ^5 y0 X. Y7 Y) Z0 D( [
27.     207         ldmia   r3, {r4, r5, r6}
    2 c% o! B  q* S* H
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
    9 `# v) h2 e0 l9 C; s
31.     211 1:      ldr     r3, [r5, #MACHINFO_TYPE]        @ get machine type
    / X( D( Y7 E; S+ B( E, K
32.     212         teq     r3, r1                          @ matches loader number?
    0 v; S# y& M! k/ _0 o+ J1 c
33.     213         beq     2f                              @ found
    
34.     214         add     r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC    @ next machine_desc
      D' |! X; q7 a
35.     215         cmp     r5, r6
    
36.     216         blo     1b
      Y! W. _7 C: e4 v6 u2 D
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，
line 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'
   0 B6 {  o; Q7 P
3.      89         bl      __vet_atags
   # R0 I9 `. {/ C0 j# z
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。
* z. z/ b% b/ b, z, u6 ]line 246, 沒有aligned跳到label 1，就返回了。
2 |' ]- [) v: N2 E& n) j, K: Yline 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 E6 p0 K* }. {/ N( X& h& e1 l& }（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
   & M8 w; j8 ?( K9 w
2.      15 #define ATAG_CORE_SIZE ((2*4 + 3*4) >> 2)
   
3. 
   9 A) p- b* p& V* b7 }3 n8 D9 ?/ k
4.     243         .type   __vet_atags, %function
   ! I) V! ~' H* T: l- R7 o6 s
5.     244 __vet_atags:
   ' }7 o* x0 S! ]0 P& f* @) w
6.     245         tst     r2, #0x3                        @ aligned?
   
7.     246         bne     1f
   
8.     247
   
9.     248         ldr     r5, [r2, #0]                    @ is first tag ATAG_CORE?
   
10.     249         subs    r5, r5, #ATAG_CORE_SIZE
    5 y) }: T7 Q3 l& p: ?1 ?3 o
11.     250         bne     1f
    
12.     251         ldr     r5, [r2, #4]
    
13.     252         ldr     r6, =ATAG_CORE
    
14.     253         cmp     r5, r6
    ) N! d7 E$ U. x, v; C
15.     254         bne     1f
    1 Z: |# W- M: X4 C7 t' K
16.     255
    
17.     256         mov     pc, lr                          @ atag pointer is ok
    " N8 W! Y8 ?, L9 u! w( L
18.     257
    
19.     258 1:      mov     r2, #0
    : e4 T0 h9 s# Y3 ], f. g8 @
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）
2 r9 ]* E8 `6 u! a7 u$ A7 I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。
1 @% O; U9 G" ^  G2. 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。
2 W$ \$ J" V" E7 i3 D3 I
, q8 J) w) l4 K5 k; h8 T9 j* e, M* w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。

! O8 S. k7 t5 k" c/ _7 Y: ?/ [『產生page table到底是要給誰用的？』
: k1 x& o9 L" ~! ?% I4 u1 e
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& }. K+ T. |& y9 a! ]
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。

0 ^/ o. U/ b; W4 h4 X  o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。
- U2 p* M! z+ A1 ]0 M& B
( `/ o. s+ D+ ~* B0 `( {" t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。

2 v* D$ w/ K) S7 h, U0 Q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。
, I# M& T) K7 x2 v
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∼
! H* Q2 ?% q0 j4 l+ Nline 216，會跳到pgtbl的macro去執行，其實只是載入一個位址。

) L9 u% b) L5 q( H4 c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 */
   5 r9 d, p) w/ E7 [
2.      40 #define PHYS_OFFSET             UL(0x10000000)
   9 }& {& D# K  H  H6 r: d
3. 
   9 y. x  k) D+ q7 N3 c* x
4.      /* arch/arm/kernel/head.S */
   ' W# j1 Z7 J$ e$ a8 J- Y  s) @
5.      29 #define KERNEL_RAM_VADDR        (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   
6.      30 #define KERNEL_RAM_PADDR        (PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   8 t  \" T: u6 I' B
7. 
   
8.      47         .macro  pgtbl, rd
   : K/ f3 f/ }2 b6 {2 @& B+ U
9.      48         ldr     \rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000)
   
10.      49         .endm
    $ |; v, j5 c5 ?9 G& `2 A1 w/ a- y
11. 
    
12.     216         pgtbl   r4                              @ page table address

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得到pg table的開始位置之後，當然就是初始化囉。
0 X$ W- L8 c0 \line 221, 將pg table的base addr放到r0.
" U% p7 \. d5 x2 G# f6 ]' B6 L( Xline 223, 將pg table的end addr放到r6.
7 K+ k. V. i6 D& lline 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
   1 P6 d, m6 h# a$ \6 i2 Z
4.     224 1:      str     r3, [r0], #4
   & a" [; N' t& m8 i& i
5.     225         str     r3, [r0], #4
   
6.     226         str     r3, [r0], #4
   : Q3 n7 y- U* T7 v3 j* _
7.     227         str     r3, [r0], #4
   " m; J: B! f2 D# J
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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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 |. G- @  F. U& D
4 q- {/ C4 B' h4 V8 I  i/ x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）
; z! o. r: m- H! i- O; J1. [31:20]存著section base addr
2. [19:2]存著mmu flags
" Y/ W: {1 l2 I1 s6 O+ y8 ?* z3. [1:0]用來辨別這是存放哪種page, 有四種:
9 b' P5 V" z" `2 d   a. fault (00) b. coarse page (01) c. section (1st level) (10) d. fine page (11)
6 B" p5 m# d: T- A/ g& y4. 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。
' ~5 M: K) X: x- q2 E) t& I
2 y& I* m. w) b6 i: yline 239, 將pc的值往右shift 20次放到r6.這是取得前20高位元的資料，有點像是 1.。
line 240, 將r6往左shift 20次之後，和r7做or的動作，剛好也是 2.提到的mmu flags和1.處理好的資料做整理。
所以前面兩個做完，就完成了bit[31:2]。
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
   5 {( G/ P0 u+ M: R
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。

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最近又被釘上了，開始忙碌，大概沒太多時間貼文∼
- ~5 a! M5 g# F! X$ L3 S" w
9 [3 J# J. [" d3 G  E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。

+ k8 {) L& b2 O+ o6 qline 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]!
   # c, U7 c1 L8 h9 x& W8 E% o
3.     249         ldr     r6, =(KERNEL_END - 1)
   
4.     250         add     r0, r0, #4
   3 A0 b- I6 K. q: t
5.     251         add     r6, r4, r6, lsr #18
   : o2 \. k1 E7 ?
6.     252 1:      cmp     r0, r6
   
7.     253         add     r3, r3, #1 << 20
   7 @' j% W9 R$ p! j% U: F
8.     254         strls   r3, [r0], #4
   
9.     255         bls     1b

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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。
9 u+ ~5 d- {: m2 _4 gline 280~283,將要 map 的physical address的方式算出來放到r6。
% b3 b. a4 w# Y. @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。
5 n  Y( x! B: J3 {; z. x
7 X" T* B1 ~; z0 x* nline 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)
   
3.     281         .if     (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   + F4 [. I. J- o$ |& Z& G
4.     282         orr     r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
5.     283         .endif
   8 B1 r: g; [& O6 ]: j3 ^# f! o
6.     284         str     r6, [r0]
   0 y$ ^8 r, L/ U" u5 L
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
line 101, 將enable_mmu擺到lr
line 102, 將pc改跳到r10+PROCINFO_INITFUNC的地方去
1 {! u4 N& {6 B, c" t6 g% Y
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。
, S) Y# h! d. p. l& }
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
   
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

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gogojesse

老店重新開張~
+ E6 ^# X9 A7 |2 a5 T
花了一些時間把舊的貼文整理到一個blog
7 f, n  ^- W  S/ \  Q: i5 e* I有把一些敘述修改過
# W9 N: l' Z" M  j, q* u7 A; g5 v希望會比較容易集中閱讀
目前因為某些敘述不容易
1 B( Q. ~1 G" B5 ~3 u$ c5 F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
0 n  I- b; @/ C) H大家有興趣的話
可以來看看和討論
: I: b1 r# D4 D; U8 R3 \/ nhttp://gogojesseco.blogspot.com/

- f! [( J$ f# W0 I" m) f6 U以後可能會採取  先在chip123貼新文章
, s1 ]6 n% P* B/ L$ D$ H& t慢慢整理到blog上的方式
( K8 x. P2 V8 I2 l$ `! `$ P因為chip123比較方便討論 =)
1 L( h) N0 h9 R- c. k6 ~; U6 ^/ {blog編輯修改起來比較方便
閱讀也比較集中   大家可以在這邊看到討論
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
& P5 P% w3 ]; O" b: o3 J4 z/ t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
   3 S5 F* v% H% c
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   0 a5 q% A8 ^4 k; r4 n
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 n& g% i* C3 ~2 s% }. Jline 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:
   + |3 l( Z8 i7 p
3. 375         mov     r0, #0
   
4. 376         mcr     p15, 0, r0, c7, c7              @ invalidate I,D caches on v4
   # X2 K8 s- P2 I& h- H' Q" F* m
5. 377         mcr     p15, 0, r0, c7, c10, 4          @ drain write buffer on v4
   . l5 G% H- J( U
6. 378 #ifdef CONFIG_MMU
   - w3 G: o2 a$ D
7. 379         mcr     p15, 0, r0, c8, c7              @ invalidate I,D TLBs on v4
   
8. 380 #endif
   2 V' g6 L$ u$ M) K2 f' b9 O! V
9. 
   
10. 388         adr     r5, arm926_crval
    $ {+ k5 ]! r% P) z/ `% {
11. 389         ldmia   r5, {r5, r6}
    
12. 390         mrc     p15, 0, r0, c1, c0              @ get control register v4
    
13. 391         bic     r0, r0, r5
    
14. 392         orr     r0, r0, r6
    - z! ^3 a: O$ B/ h
15. 
    . H. `2 k5 u; w7 b  h* e
16. 396         mov     pc, lr
    $ ]- J9 [: A7 t- R" c3 a' F4 E8 B* H
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。
- ?  Q- N4 u2 I2 H# u+ G, ]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。)
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。

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1. 155 __enable_mmu:
   ; m8 E8 X$ {/ T+ b7 G$ P
2. 170         mov     r5, #(domain_val(DOMAIN_USER, DOMAIN_MANAGER) | \
   * u1 F3 }6 s2 v) U7 r8 f) ?% A# P
3. 171                       domain_val(DOMAIN_KERNEL, DOMAIN_MANAGER) | \
   ! y) K6 S- \9 ^. x
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
   : ?/ v- h( U  @: J5 Y  \
7. 175         mcr     p15, 0, r4, c2, c0, 0           @ load page table pointer
   - G8 v) s9 o8 d2 o4 S
8. 176         b       __turn_mmu_on
   % q4 r% w. }$ B5 ~# g( x0 z& 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:
   + B4 u6 F3 h% |( W  R) F
2. 192         mov     r0, r0
   - z+ D* I2 Y1 l+ d: F
3. 193         mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 0           @ write control reg
   4 ^. Z% t6 \* p7 f4 \
4. 194         mrc     p15, 0, r3, c0, c0, 0           @ read id reg
   
5. 195         mov     r3, r3
   + _8 I' s! q6 s! X% V
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
   7 W9 c* _0 X. Y# y
3. 20         .long   __data_loc                      @ r4
   # j  n- I8 N( W9 _
4. 21         .long   _data                           @ r5
   
5. 22         .long   __bss_start                     @ r6
   " a; }9 S" l% @7 R- E
6. 23         .long   _end                            @ r7
   
7. 24         .long   processor_id                    @ r4
   
8. 25         .long   __machine_arch_type             @ r5
   6 A/ w! S/ ^8 J0 P5 d5 O; S. C
9. 26         .long   __atags_pointer                 @ r6
   
10. 27         .long   cr_alignment                    @ r7
    
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。

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1. 39 __mmap_switched:
   
2. 40         adr     r3, __switch_data + 4
   ' c. G8 I+ z4 W3 r+ @0 R/ L  o
3. 41
   
4. 42         ldmia   r3!, {r4, r5, r6, r7}
   " F: c1 a9 B8 y8 {
5. 43         cmp     r4, r5                          @ Copy data segment if needed
   " e2 b# R: s% G+ i$ c$ }6 Z
6. 44 1:      cmpne   r5, r6
   
7. 45         ldrne   fp, [r4], #4
   $ N) f) s* P" H4 n
8. 46         strne   fp, [r5], #4
   
9. 47         bne     1b
   
10. 48
    
11. 49         mov     fp, #0                          @ Clear BSS (and zero fp)
      f7 l$ E4 k; q% G2 q8 |- Y
12. 50 1:      cmp     r6, r7
    
13. 51         strcc   fp, [r6],#4
    , i* R: [  f3 b9 z
14. 52         bcc     1b
    ' w8 ^2 `% Y6 }8 c/ d+ X
15. 53
    ' F/ M( p# C2 Q! I! v, E: e
16. 54         ldmia   r3, {r4, r5, r6, r7, sp}
    % H, r. A. q2 C
17. 55         str     r9, [r4]                        @ Save processor ID
    2 E$ T! L3 a& p# S1 _7 m" j
18. 56         str     r1, [r5]                        @ Save machine type
    
19. 57         str     r2, [r6]                        @ Save atags pointer
    1 I, F# r7 a/ i( L
20. 58         bic     r4, r0, #CR_A                   @ Clear 'A' bit
    / w1 i4 g/ A7 D
21. 59         stmia   r7, {r0, r4}                    @ Save control register values
    % e! U3 W! Z0 _5 M
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。
# a- g1 M$ [2 t& u0 I0 q/ Xline 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
line 43~47，看看data segment是不是需要搬動。
  @" x; h; F. D: ?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
r1  = machine ID
r2  = atags pointer
r9  = processor ID
7 {5 R) g* g3 i+ B
所以line 54~59就是在做這些準備。
) V( B: y+ L9 f9 [6 l) M' [: ~: k  ^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)

; ?- P! \2 J# ]) G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。
8 L: _0 x! z2 }6 @7 ~! m1 W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。