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？！
. n+ |" G+ @; b# ]
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 P8 e. g; \4 j) s+ ?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

複製代碼

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 : {
   6 y/ S2 g  \( E" M5 ]. q8 P9 n+ ~
2.      27         _stext = .;
   , `& F9 M9 Y# S
3.      28         _sinittext = .;
   
4.      29         *(.text.head)
   
5.      30     }

複製代碼

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
   0 E* a# E2 B* A( h7 k
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
   - H. ?- x7 K9 J
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   ( ~/ k1 p+ r0 `& O: l8 g! L
7.      83     bl  __lookup_processor_type     @ r5=procinfo r9=cpuid
   2 T8 D9 H- {' w  S+ H+ ~9 R: X- @
8.      84     movs    r10, r5             @ invalid processor (r5=0)?
   % b  u/ B6 C+ h1 E4 [
9.      85     beq __error_p           @ yes, error 'p'
   
10.      86     bl  __lookup_machine_type       @ r5=machinfo
    
11.      87     movs    r8, r5              @ invalid machine (r5=0)?
    # G, i. W5 P: z& W  A8 Q- r3 Y
12.      88     beq __error_a           @ yes, error 'a'
    ) B9 |9 E7 H  j/ Z5 d; U' g
13.      89     bl  __vet_atags
      N. ]3 _$ J1 P
14.      90     bl  __create_page_tables

複製代碼

既然找到了檔案，我們又可以開始繼續。
, _6 s* f$ r. t
/ F& x& ?- V9 B- J! T0 ^2 S4 Y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。

gogojesse

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 /*
   . m% J5 d( P; g- {" I8 L9 x( U
2.      60  * Kernel startup entry point.
   - z, f: d, \5 \. p, T) [6 F9 f
3.      61  * ---------------------------
   2 B) u% ~% x8 \' v- x7 t9 I: u  |
4.      62  *
   # }* _/ t0 O% I. D" t
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,
   3 s0 c8 l9 D/ x5 |- U  k
7.      65  * r1 = machine nr, r2 = atags pointer.

複製代碼

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)
! }# p6 w4 K1 r- p* B& p" \line 82, 讀取CPU ID到r9
* S+ i8 r% r. X9 c4 r, R  sline 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
   
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
   
7.      83     bl  __lookup_processor_type     @ r5=procinfo r9=cpuid

複製代碼

接著會跳到head-common.S這個檔，
! ~* O: s. [6 W/ G9 e1 l) ^line 158, (3f表示forware往前找叫做『3』label)將label 3的address放到r3。
+ B9 {4 e2 ], X$ iline 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）
; W4 {, p  e" y9 k/ g& b, Y" t% ~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
& r+ z% b5 k/ G  ~9 C) }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:
   ' k& |$ A- H" B# R4 s
3.     158     adr r3, 3f
   . t( U0 L6 z  s% e: x7 T/ u) S& w6 v
4.     159     ldmda   r3, {r5 - r7}
   
5.     160     sub r3, r3, r7          @ get offset between virt&phys
   ) |% ~0 l8 @' }! Z9 _
6.     161     add r5, r5, r3          @ convert virt addresses to
   ; I7 F2 @7 K. \3 L# ^. V; l
7.     162     add r6, r6, r3          @ physical address space
   1 f7 [5 w0 \" b3 Q4 Q
8.     163 1:  ldmia   r5, {r3, r4}            @ value, mask
   : I9 f" N5 {; [
9.     164     and r4, r4, r9          @ mask wanted bits
   . ~; m# e2 J1 G6 v! \9 ^3 u3 q
10.     165     teq r3, r4
    ! y' ~: d9 n9 y- J
11.     166     beq 2f
    ' j( E% `" c  k1 i2 R0 z5 n
12.     167     add r5, r5, #PROC_INFO_SZ       @ sizeof(proc_info_list)
    
13.     168     cmp r5, r6
    2 }" }# ~( C2 p/ F" w2 ^" }
14.     169     blo 1b
    
15.     170     mov r5, #0              @ unknown processor
    
16.     171 2:  mov pc, lr
    4 t$ m9 ~6 T( p  y1 {
17. 
    . f$ S) G$ E/ ~! G! @
18.     187     .long   __proc_info_begin
    
19.     188     .long   __proc_info_end
    # P4 l  _* H7 S$ G
20.     189 3:  .long   .
    
21.     190     .long   __arch_info_begin
    % R4 l  N; B, M' s4 K6 t% H) K
22.     191     .long   __arch_info_end

複製代碼

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。

gogojesse

我們從 head-common.S返回之後，接著繼續看。

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。
  c8 ]4 A. u$ R7 I  J  Pline 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
   8 @4 f9 U2 H0 w$ h+ t- P1 g; i
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

複製代碼

看得出來跟proc很像，有個兩個小地方是
1 k" f  F! C! ]- H& y% x6 T
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。
" ^0 K4 M( ]! M+ _
# K9 ?6 I% o* ^4 h" C. R2. 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    \
   8 Q+ f4 j) I4 F
4.      52  __used                                                 \
   
5.      53  __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {    \
   
6.      54         .nr             = MACH_TYPE_##_type,            \
   - _$ n6 o3 F9 T1 u7 A( d/ k6 K( G
7.      55         .name           = _name,
   
8.      56
   - U6 a' h; t/ z; m0 k) Z: u
9.      57 #define MACHINE_END                             \
   & K" \- x% n$ }! O4 L
10.      58 };
    9 D" v& K% n0 y- V3 P& S. p: L6 `. a
11.      /* 用法 */
    + G( P4 m- D! k6 a2 V
12.      93 MACHINE_START(OMAP_GENERIC, "Generic OMAP1510/1610/1710")
    ' `$ f; {" ~: P8 ^+ Q, R- L
13.      94         /* Maintainer: Tony Lindgren <tony@atomide.com> */
    
14.      95         .phys_io        = 0xfff00000,
    
15.      96         .io_pg_offst    = ((0xfef00000) >> 18) & 0xfffc,
    ! V8 b$ h" [2 M, M3 e+ ]
16.      97         .boot_params    = 0x10000100,
    
17.      98         .map_io         = omap_generic_map_io,
    
18.      99         .init_irq       = omap_generic_init_irq,
    5 z& h: M  _, u
19.     100         .init_machine   = omap_generic_init,
    : A  S8 c3 m/ M. i" S4 r: C4 y% [
20.     101         .timer          = &omap_timer,
    
21.     102 MACHINE_END
    
22. 
    
23.     /* func */
    5 G6 n! J- W6 w
24.     204         .type   __lookup_machine_type, %function
    
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
    # M' J; ~1 Z+ M6 I2 l7 v% v
29.     209         add     r5, r5, r3                      @ convert virt addresses to
    
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?
    . g7 z/ _5 o. s9 n& c& S
33.     213         beq     2f                              @ found
    
34.     214         add     r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC    @ next machine_desc
    : @. W2 I% b& a0 r! F
35.     215         cmp     r5, r6
    
36.     216         blo     1b
    / J0 W) }) ?& Z' F3 }
37.     217         mov     r5, #0                          @ unknown machine
    
38.     218 2:      mov     pc, lr

複製代碼

gogojesse

接著我們又返回到head.S，
" y2 h2 ^, j5 X- P6 f# D4 gline 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)?
     x, a3 s8 w% J6 K; ?
2.      88         beq     __error_a                       @ yes, error 'a'
   5 `* P2 b$ c/ r
3.      89         bl      __vet_atags
   0 H$ B. L" r/ i$ @9 H
4.      90         bl      __create_page_tables

複製代碼

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。
; B* \6 `! y9 Z3 G  y: Kline 246, 沒有aligned跳到label 1，就返回了。
line 248~250, 讀取atags所在的address裡頭的值到r5，看看是否不等於ATAG_CORE_SIZE，不等於的話也是返回。
line 251~254, 判斷一下第一個達到的atag pointer是不是等於ATAG_CORE。如果正確的話，等一下要讀取atag的資料，才會正確。
（atag是由bootloader帶給linux kernel的東西，用來告知booting所需要知道的參數。例如螢幕寬度，記憶體大小等等）

1.      14 #define ATAG_CORE 0x54410001
   
2.      15 #define ATAG_CORE_SIZE ((2*4 + 3*4) >> 2)
   
3. 
   : ^1 q$ w7 R  _6 h& t
4.     243         .type   __vet_atags, %function
   
5.     244 __vet_atags:
   
6.     245         tst     r2, #0x3                        @ aligned?
   
7.     246         bne     1f
   + a" b% }, A* s3 T/ i( l, B6 K
8.     247
   
9.     248         ldr     r5, [r2, #0]                    @ is first tag ATAG_CORE?
   . x( \* a4 w& _* v( a, p
10.     249         subs    r5, r5, #ATAG_CORE_SIZE
    3 F0 J6 V8 F5 v9 E5 P
11.     250         bne     1f
    
12.     251         ldr     r5, [r2, #4]
    % ^  C4 P5 v, g! i. H4 D1 G
13.     252         ldr     r6, =ATAG_CORE
    
14.     253         cmp     r5, r6
    
15.     254         bne     1f
    : o8 e* U% b* f, O1 `
16.     255
    
17.     256         mov     pc, lr                          @ atag pointer is ok
    + G5 e; u. l- N
18.     257
    - C) j6 t. K+ ?
19.     258 1:      mov     r2, #0
    ' m! c" y7 p( ]# M4 S
20.     259         mov     pc, lr

複製代碼

接著我們又跳回去head.S。  
line 90，又跳到 __create_page_tables。   (很累人....應該會死不少腦細胞）
哇！page table?!!如雷貫耳的東西，不知道會怎麼做。剛剛偷看了一下，＠＠還蠻長了，先到這邊好了，下次在繼續寫。

gogojesse

由於code看起來似乎越來越難解釋，會需要在檔案之間跳來跳去。建議一些基礎的東西可以再多複習幾次（其實是在說我自己 ），閱讀source code上收穫會比較多。例如：
8 U7 K/ k2 ?7 ^# h) e
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。
: D6 U$ y2 W+ j2. 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。
% o. m5 a* Q+ r2 m. s0 I( j/ x/ b. R3. Makefile & link script - 這兩個功能和撰寫的方式要有簡單的概念。
  q! b0 ?0 K" _" K$ H( @+ s
: `; V. V1 i' A% H- X2 \1 p9 ~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。
  \- ]! h8 M/ M
' m  R4 s) }; d+ A/ Z+ ]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。
1 p6 n" j# g: `2 H7 {
『產生page table到底是要給誰用的？』

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。
7 A. D4 N( Y" F
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。
( o$ _+ R6 {% U
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。

) _% X& V5 i0 F+ K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。
9 q+ v" `2 w5 T; L
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。
4 F3 I, Z) T# N& J5 _
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∼
+ x% V9 Y# k# `& Y( N2 bline 216，會跳到pgtbl的macro去執行，其實只是載入一個位址。
; y7 ]. ]# f. \, M
) z% l% z0 F/ X6 S/ w9 l- 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 */
   
2.      95 textofs-y       := 0x00008000
   
3.     152 TEXT_OFFSET := $(textofs-y)

複製代碼

1. /* include/asm-arm/arch-omap/memory.h */
   $ w4 X7 ^8 g5 S' q
2.      40 #define PHYS_OFFSET             UL(0x10000000)
   
3. 
   
4.      /* arch/arm/kernel/head.S */
   8 H# g# B' B# s; y% q
5.      29 #define KERNEL_RAM_VADDR        (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   
6.      30 #define KERNEL_RAM_PADDR        (PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   & F  h5 F' G- l7 \
7. 
   
8.      47         .macro  pgtbl, rd
   
9.      48         ldr     \rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000)
   
10.      49         .endm
    8 p3 v7 Q% t% b  w9 H& |
11. 
    
12.     216         pgtbl   r4                              @ page table address

複製代碼

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
   ) U* u( X- ^: n% `# K: g3 e# u
2.     222         mov     r3, #0
   
3.     223         add     r6, r0, #0x4000
   
4.     224 1:      str     r3, [r0], #4
   
5.     225         str     r3, [r0], #4
   
6.     226         str     r3, [r0], #4
   
7.     227         str     r3, [r0], #4
   
8.     228         teq     r0, r6
   
9.     229         bne     1b

複製代碼

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

複製代碼

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。
7 C9 H! M4 F/ X& c9 r  ^
) A4 E: `9 U5 a, {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
, g3 u3 N3 |( L2. [19:2]存著mmu flags
. E. N' ~- w. A2 o+ f* {3. [1:0]用來辨別這是存放哪種page, 有四種:
0 r8 l) Y4 m9 s   a. fault (00) b. coarse page (01) c. section (1st level) (10) d. fine page (11)
! K6 O) Z2 M5 N7 n8 z, x4. pg tabel資料要存放到 [31:14] = translation base, [13:2] = table index , [1:0] = 0b00 的位址

. A6 ]6 F3 u- V  P- z$ n來看code是怎麼設定。

+ d* L! J& ]/ `7 C% nline 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.。
. Y7 I$ v& w- I; Lline 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。
: @0 N- P" I8 E! z: Q* g* [4 g1 X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
   # q6 r9 }5 }3 o+ s
3.     241         str     r3, [r4, r6, lsl #2]

複製代碼

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∼

6 m' _! J4 x$ y% ]+ G" X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.     248         str     r3, [r0, #(KERNEL_START & 0x00f00000) >> 18]!
   
3.     249         ldr     r6, =(KERNEL_END - 1)
   2 v7 `" V& c) Q( n4 m2 v6 z
4.     250         add     r0, r0, #4
   + h% F, b- x2 l  P3 W3 X  X2 F9 y
5.     251         add     r6, r4, r6, lsr #18
   - u- R% O7 f8 t$ J% @6 o( f6 r. h
6.     252 1:      cmp     r0, r6
   
7.     253         add     r3, r3, #1 << 20
   % C3 a' W9 t4 X5 h
8.     254         strls   r3, [r0], #4
   6 k6 ~7 b4 b2 A" j& n
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。
line 280~283,將要 map 的physical address的方式算出來放到r6。
2 B0 X; K9 J) K7 Xline 284，最後將結果存到r0所指到的pte。

9 w5 G% N: X7 w% O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。

) q& ], c! [; X: y3 ?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 e1 G% O) ^) a
2.     280         orr     r6, r7, #(PHYS_OFFSET & 0xff000000)
   
3.     281         .if     (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
4.     282         orr     r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   ( K3 G! r, E  f# e
5.     283         .endif
   
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

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。
) Y8 X0 w  z' I6 g5 O0 V
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
   % z( Z- f8 e9 G0 j, H
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

複製代碼

gogojesse

老店重新開張~
# z7 U% d! f# v- z/ V: N0 S. g
花了一些時間把舊的貼文整理到一個blog
. |1 |8 b5 v6 X4 W3 q* k3 p1 J有把一些敘述修改過
& s- I: S8 j. i, X希望會比較容易集中閱讀
/ i( L, S" p' a目前因為某些敘述不容易
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
# ?! E6 m0 ^1 Z# m可以來看看和討論
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
因為chip123比較方便討論 =)
blog編輯修改起來比較方便
* O) q+ S$ D( I/ n: u3 p閱讀也比較集中   大家可以在這邊看到討論
8 n# L8 ~) y2 N, `% O4 V, s0 n# e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
6 O! L! h( Q! O- N" n之前程式碼走到 ./arch/arm/kernel/head.S 的 line 99 附近

1.      99         ldr     r13, __switch_data              @ address to jump to after
   
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   $ H" f9 ~+ }% W- K5 s
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   . \: T+ M- R+ P4 C0 }: m' b% q
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

複製代碼

line 99, 將__switch_data放到r13。(留作之後用)
line 101, 將__enable_mmu的addr放到lr。(留作之後用)
line 102, 將 r10+#PROCINFO_INITFUNC 放到pc，也就是jump過去的意思。r10是proc_info的位址。PROCINFO_INITFUNC則是用之前提過的技巧，指向定義在./arch/arm/mm/proc-xxx.S的資料結構，以arm926為例，最後會指到

1. 463         b       __arm926_setup

複製代碼

所以程式碼就跳到了 __arm926_setup。

1. 373         .type   __arm926_setup, #function
   6 m/ C8 E& n% u! e# q
2. 374 __arm926_setup:
   * H) d! ?; [( Y2 i3 U" K; R) a
3. 375         mov     r0, #0
     J1 j4 N+ M2 F$ ?. {; ~4 B+ N4 n
4. 376         mcr     p15, 0, r0, c7, c7              @ invalidate I,D caches on v4
   " I4 f) w7 g! h  i9 F8 H4 [
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
   ) L! r1 h( k, B+ Y+ C5 r
8. 380 #endif
   4 s6 C+ D* ]* z3 s- u
9. 
   
10. 388         adr     r5, arm926_crval
    
11. 389         ldmia   r5, {r5, r6}
      F( [) C: ?% D2 ~; {% g4 P
12. 390         mrc     p15, 0, r0, c1, c0              @ get control register v4
    . c$ r. Z. _0 k9 Q3 e$ b
13. 391         bic     r0, r0, r5
    
14. 392         orr     r0, r0, r6
    1 m7 ~! |6 i7 E
15. 
    - d' y2 l+ P7 l& g: U
16. 396         mov     pc, lr
    
17. 397         .size   __arm926_setup, . - __arm926_setup

複製代碼

這邊的程式碼就跟CPU有很大的相依性，
line 375~380, 主要就是invalidate CPU的I&D cache和清空write buffer。
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。)
) I9 F( z4 ?# C7 Iline 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) | \
   8 ^4 S' Y8 n2 P
3. 171                       domain_val(DOMAIN_KERNEL, DOMAIN_MANAGER) | \
   
4. 172                       domain_val(DOMAIN_TABLE, DOMAIN_MANAGER) | \
   
5. 173                       domain_val(DOMAIN_IO, DOMAIN_CLIENT))
   6 O) l: j* \! l
6. 174         mcr     p15, 0, r5, c3, c0, 0           @ load domain access register
   % _- b+ V# h7 W, e- P1 K& Z, h
7. 175         mcr     p15, 0, r4, c2, c0, 0           @ load page table pointer
   3 @# _4 C* H" S! _/ f( l- o( l
8. 176         b       __turn_mmu_on
   7 n- Z' z+ y+ c+ [& w
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)
: T" Z, @7 B- W: Gline 175~176，將create好的page table開頭丟給mmu。跳到turn_mmu_on

1. 191 __turn_mmu_on:
     Z7 q8 z) E1 \3 _5 g% w! R0 i3 X  b
2. 192         mov     r0, r0
   : J) d7 K( X1 [8 u! L7 H; ]% Q
3. 193         mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 0           @ write control reg
   
4. 194         mrc     p15, 0, r3, c0, c0, 0           @ read id reg
   
5. 195         mov     r3, r3
   
6. 196         mov     r3, r3
   
7. 197         mov     pc, r13
   + M4 y0 M8 e7 b; V0 J7 ~
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:
   / U" s+ ]0 o! t* V- c! F& I
2. 19         .long   __mmap_switched
   1 S, S1 [$ D" Y+ H) T: C! r7 ^
3. 20         .long   __data_loc                      @ r4
   
4. 21         .long   _data                           @ r5
   & }, n3 R4 B; }0 x6 y/ _; B
5. 22         .long   __bss_start                     @ r6
   
6. 23         .long   _end                            @ r7
   
7. 24         .long   processor_id                    @ r4
   
8. 25         .long   __machine_arch_type             @ r5
   
9. 26         .long   __atags_pointer                 @ r6
   ( \, y2 @* {! p4 U9 u8 p7 d( K
10. 27         .long   cr_alignment                    @ r7
    
11. 28         .long   init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp
    ; G2 s; Q# D! m  J; x9 Q+ C2 Y
12. 29
    1 ^" ^# }; b/ K5 p; V2 y8 a2 S+ \

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
   
3. 41
   $ M( h; p$ L) k& x9 e5 e" u7 v; Z
4. 42         ldmia   r3!, {r4, r5, r6, r7}
   
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
   ' a$ z0 ^2 n9 z& t) d# D( p
9. 47         bne     1b
   
10. 48
    ) ]5 O# ?3 G6 F6 h% {" A
11. 49         mov     fp, #0                          @ Clear BSS (and zero fp)
    ' \. d" }' V  J9 {5 ^9 T- i
12. 50 1:      cmp     r6, r7
    
13. 51         strcc   fp, [r6],#4
    
14. 52         bcc     1b
    
15. 53
    
16. 54         ldmia   r3, {r4, r5, r6, r7, sp}
    8 ~3 s. w+ W0 @: J7 v' U  j, p
17. 55         str     r9, [r4]                        @ Save processor ID
    ) W" q6 p' o: r3 F
18. 56         str     r1, [r5]                        @ Save machine type
    % }& r1 o6 w! B! i
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
    
23. 61 ENDPROC(__mmap_switched)

複製代碼

switch_data的第一行就是 __mmap_switched，所以我們直接看line 39。
line 39，將__data_loc的addr放到r3
1 f. j; t. ^5 a' d3 o* y& Qline 42,從r3的位址，連續讀取四筆資料到r4, r5, r6, r7
' \/ T; d' R3 m' y' ~2 G9 ]line 43~47，看看data segment是不是需要搬動。
* C9 U' l# [0 Q* \* B. V( V! Lline 49~52, clear BSS。
  \9 N0 A3 c/ P  p0 y8 p
' E+ r. M' n1 f$ t7 K% q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
7 v1 Z1 {' u/ P5 U: F" zr1  = machine ID
r2  = atags pointer
r9  = processor ID
! }5 h& M3 M7 s* q
6 {5 C# g/ p* b! M! e) d6 s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)

看一下start_kernel()在./init/main.c，終於跳出architecture specific的目錄，表示
0 i$ t: K' w  k) o" u6 u我們真正的開始linux kernel的初始化。
像是 shedule init, console init, memory init, irq init等等都在start_kernel裡頭。
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。