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？！
; A& E, A3 M: H: J
4 [$ x5 c5 T0 i  ^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。

, N7 q; x  D+ 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)
' P4 t) Q9 E4 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。
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 : {
   / v3 G; }4 ^4 B+ r' X* d* G
2.      27         _stext = .;
   
3.      28         _sinittext = .;
   2 M  S7 R" N! t8 q* y
4.      29         *(.text.head)
   . ^; l% X* H, U  o2 K, y
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"
   ' f+ m2 A  P1 ?3 m' e6 G: H/ S4 J
2.      78     .type   stext, %function
   
3.      79 ENTRY(stext)
     c& W# ^3 w% I8 \* K8 @+ _& M
4.      80     msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
   ; d& Q3 B  L* q) C
5.      81                         @ and irqs disabled
   6 K( U% b) m) v4 j4 ^/ j6 ?6 o
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   
7.      83     bl  __lookup_processor_type     @ r5=procinfo r9=cpuid
   7 M# [: A. ]2 {) z) G. W
8.      84     movs    r10, r5             @ invalid processor (r5=0)?
   
9.      85     beq __error_p           @ yes, error 'p'
   . ^. ]' |9 T! ?+ W
10.      86     bl  __lookup_machine_type       @ r5=machinfo
    
11.      87     movs    r8, r5              @ invalid machine (r5=0)?
    ; X) q/ w8 n% h, E7 w8 F
12.      88     beq __error_a           @ yes, error 'a'
    3 `. c9 o9 }% d8 r; r& Z0 x
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。

) V: l8 u! a0 V  I! H% O: v9 c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。

6 c( y8 ]2 R& C4 a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.
   % Q" d+ T) T# Y, U& x- e9 C
3.      61  * ---------------------------
   
4.      62  *
   # J4 y0 W  @+ G
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,
   ' X& C0 K. R+ Y( ~
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。
4 q: y3 v8 j8 W3 w- \+ sline 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
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
   ! k! ]+ ~0 d2 C
3.      79 ENTRY(stext)
   2 v/ ]! ]$ D  G. F# w' B
4.      80     msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
   6 R% B0 D, h1 [7 y! t1 O. h
5.      81                         @ and irqs disabled
   
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   " I) o, F: h) A5 Q6 L
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，
5 I5 }, n8 E5 P) M0 nline 158, (3f表示forware往前找叫做『3』label)將label 3的address放到r3。
line 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
# V9 n- w; A5 ~. Vline 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}
   1 r5 r  z3 v: L% j; _
5.     160     sub r3, r3, r7          @ get offset between virt&phys
   
6.     161     add r5, r5, r3          @ convert virt addresses to
   # b6 y2 M2 f9 \7 B& O, q
7.     162     add r6, r6, r3          @ physical address space
   ; ?6 O0 Q/ k5 c; Z3 ~
8.     163 1:  ldmia   r5, {r3, r4}            @ value, mask
   
9.     164     and r4, r4, r9          @ mask wanted bits
   . n5 ?6 r- |. c) ^0 O0 L- G
10.     165     teq r3, r4
    : @0 h0 e" L4 N
11.     166     beq 2f
    
12.     167     add r5, r5, #PROC_INFO_SZ       @ sizeof(proc_info_list)
    
13.     168     cmp r5, r6
    
14.     169     blo 1b
    
15.     170     mov r5, #0              @ unknown processor
    
16.     171 2:  mov pc, lr
    . e0 \5 B7 N) ?* e3 g- _4 |' J$ Q
17. 
    
18.     187     .long   __proc_info_begin
    1 f* ]6 D# M& P/ s( J; Z3 T4 ~6 M' X% G
19.     188     .long   __proc_info_end
    
20.     189 3:  .long   .
    2 N% }' F, W, p. M' z. K
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。
, B8 B* g  \4 l) ~' Q1 q
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。
4 A. U9 o7 z$ ]: E7 H; P7 Sline 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
   1 B2 M1 O1 a& i8 {) x4 R8 Z) G
2.      84         movs    r10, r5                         @ invalid processor (r5=0)?
   5 v7 l/ e- T  S- W
3.      85         beq     __error_p                       @ yes, error 'p'
   + Q' |1 |8 b4 s+ c% \7 J1 U+ j1 R. U
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. 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。

- U/ e( I. L) p) L2. 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)                      \
   . i; q% h. ~! o; G1 x. [
3.      51 static const struct machine_desc __mach_desc_##_type    \
   . q* y7 g, \% ?$ x( D
4.      52  __used                                                 \
   
5.      53  __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {    \
   & e3 b6 w# m! Z  _3 G9 M( |' l
6.      54         .nr             = MACH_TYPE_##_type,            \
   - o" ^. |; A0 N; D
7.      55         .name           = _name,
   
8.      56
   
9.      57 #define MACHINE_END                             \
   
10.      58 };
    
11.      /* 用法 */
    1 f, K" d/ I5 j9 y7 Y6 y! _
12.      93 MACHINE_START(OMAP_GENERIC, "Generic OMAP1510/1610/1710")
    
13.      94         /* Maintainer: Tony Lindgren <tony@atomide.com> */
    
14.      95         .phys_io        = 0xfff00000,
    , N2 l* j. P6 z, r
15.      96         .io_pg_offst    = ((0xfef00000) >> 18) & 0xfffc,
    
16.      97         .boot_params    = 0x10000100,
    & F: X5 K3 {1 p- `
17.      98         .map_io         = omap_generic_map_io,
    . y5 d4 f  V: z  J8 W3 f
18.      99         .init_irq       = omap_generic_init_irq,
    " |8 D# E7 d* F; v! a
19.     100         .init_machine   = omap_generic_init,
    
20.     101         .timer          = &omap_timer,
    
21.     102 MACHINE_END
    
22. 
    
23.     /* func */
    
24.     204         .type   __lookup_machine_type, %function
    
25.     205 __lookup_machine_type:
    
26.     206         adr     r3, 3b
    . a9 s' q3 ?+ ~# f
27.     207         ldmia   r3, {r4, r5, r6}
    
28.     208         sub     r3, r3, r4                      @ get offset between virt&phys
    % }7 ~3 ~! W0 A# o# r7 O9 J
29.     209         add     r5, r5, r3                      @ convert virt addresses to
    
30.     210         add     r6, r6, r3                      @ physical address space
    6 B4 l+ U, A* V) H, w# m
31.     211 1:      ldr     r3, [r5, #MACHINFO_TYPE]        @ get machine type
    ' [/ C2 n7 D" j) m* \5 c" X9 S& u4 r
32.     212         teq     r3, r1                          @ matches loader number?
    
33.     213         beq     2f                              @ found
    
34.     214         add     r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC    @ next machine_desc
    ( e) o; k* V! J
35.     215         cmp     r5, r6
    ; t! j% l2 O1 d# b/ f
36.     216         blo     1b
    " m9 n# ~0 ^/ }) v  j; g3 S0 Z
37.     217         mov     r5, #0                          @ unknown machine
    8 {0 R/ y( X- z, h, c8 ~$ M1 O; b, {
38.     218 2:      mov     pc, lr

複製代碼

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接著我們又返回到head.S，
! v6 t+ m' \' S2 S$ O. vline 87~88也是做check動作。
; o0 p: O7 {8 A+ g5 a4 i9 aline 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'
   
3.      89         bl      __vet_atags
   
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。
line 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。
6 D8 a, u& E- Xline 251~254, 判斷一下第一個達到的atag pointer是不是等於ATAG_CORE。如果正確的話，等一下要讀取atag的資料，才會正確。
% w. ^; y( ~* o' f/ K; B, A/ s: Q（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
   " s- ]( x5 I; R; e, C% @) I' K
2.      15 #define ATAG_CORE_SIZE ((2*4 + 3*4) >> 2)
   
3. 
     s  y: {% ?) p! r- Q
4.     243         .type   __vet_atags, %function
   
5.     244 __vet_atags:
   - {0 z4 M! ?( d3 Z) d0 L) J
6.     245         tst     r2, #0x3                        @ aligned?
   
7.     246         bne     1f
   
8.     247
   , Y+ |" j  o+ Z4 j: ]6 i5 q
9.     248         ldr     r5, [r2, #0]                    @ is first tag ATAG_CORE?
   
10.     249         subs    r5, r5, #ATAG_CORE_SIZE
    
11.     250         bne     1f
    ; `/ f* N9 ]; Y, f& r
12.     251         ldr     r5, [r2, #4]
    0 N( z7 u! G1 v: o. Y3 q& Z8 g
13.     252         ldr     r6, =ATAG_CORE
    
14.     253         cmp     r5, r6
    
15.     254         bne     1f
    
16.     255
    . D3 Z9 V8 J0 E  h, i+ o! a
17.     256         mov     pc, lr                          @ atag pointer is ok
    ; z- B  x' u3 ~8 w! Y  q- Y5 {% m! s
18.     257
    / t' a0 ~* S* q  j& ~
19.     258 1:      mov     r2, #0
    * x- D& o) M8 n
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）
4 ]( z2 y3 S! n9 |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：
, G* {. B2 D. K4 r7 n
0 I  [" |% W4 C) \$ }: V1 P4 F1. 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 z" r4 h/ S0 k5 Z2. 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。
7 I, A$ B4 {; n9 h
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。

『產生page table到底是要給誰用的？』
! M8 ]% }# T* O- ?& b! L3 c
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。
) @$ J  r& v! a) G, b
% T6 U. O. ^3 h6 }' o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。
9 \& M# v% b2 b: {1 f
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。

( {( Y: |/ }% {8 u) C3 L9 ]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。
/ L% ]2 m) f  w/ Y; @9 K! u2 R
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 L6 Z$ K' |& J0 j' a8 `9 p
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∼
, M4 s/ F, q& R. uline 216，會跳到pgtbl的macro去執行，其實只是載入一個位址。
! j# k4 I1 t+ ]4 N  a
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 */
   
2.      40 #define PHYS_OFFSET             UL(0x10000000)
   & E  \1 S1 b% |
3. 
   & y+ m) l2 @2 B
4.      /* arch/arm/kernel/head.S */
   9 i5 D3 F: E* w+ V. G* y' s3 q
5.      29 #define KERNEL_RAM_VADDR        (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   
6.      30 #define KERNEL_RAM_PADDR        (PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   * ?7 @. ^9 y9 ?/ ~" F( a, Z3 q
7. 
   
8.      47         .macro  pgtbl, rd
   / G" \, C/ }  l: M: e* w
9.      48         ldr     \rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000)
   
10.      49         .endm
    
11. 
    1 D3 @! ~7 w  W7 j+ n* A
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。
5 P; ?4 V0 ^4 A6 E/ n# ^line 221, 將pg table的base addr放到r0.
% C# ~5 c- h* iline 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
   - ]5 O: I9 U5 E) x  q- l4 K
2.     222         mov     r3, #0
   ) T" t2 m* q% r# \
3.     223         add     r6, r0, #0x4000
   ; T6 F5 ~6 t1 a
4.     224 1:      str     r3, [r0], #4
   5 E( S5 t1 f; O8 {4 [
5.     225         str     r3, [r0], #4
   
6.     226         str     r3, [r0], #4
   
7.     227         str     r3, [r0], #4
   
8.     228         teq     r0, r6
   . I1 T  P/ P6 ^% r
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？？
) f; s& h( F6 X$ v0 d8 e( J1 i+ y, p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。

" j9 ?8 M% u7 k) O1 y$ F# u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）
, b1 e! v/ z/ s' l( t6 I- A1. [31:20]存著section base addr
; ]0 r, o; T+ C' c% j3 S+ e! K2. [19:2]存著mmu flags
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)
( H: l, H6 @% a4. pg tabel資料要存放到 [31:14] = translation base, [13:2] = table index , [1:0] = 0b00 的位址
+ g1 }  x) Q1 I9 g# w. @4 I- o
, c5 \. u$ j' L% S$ ^來看code是怎麼設定。
) X9 @- }* I2 A9 Q5 Z
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.。
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]。
$ E6 b$ h+ o5 P( e0 t) a& C8 nline 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
   * j8 f! Q# s: s0 y* _2 X8 s; E( |
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∼
# Q: S: K, h6 k( j
. }* \5 h7 |: \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
   4 x0 V( h3 _7 g6 ~
2.     248         str     r3, [r0, #(KERNEL_START & 0x00f00000) >> 18]!
   
3.     249         ldr     r6, =(KERNEL_END - 1)
   ) D5 j. Q* B, D- k+ F% S
4.     250         add     r0, r0, #4
   % Y: d0 `2 S% `' a) K
5.     251         add     r6, r4, r6, lsr #18
   6 |- |3 z$ E$ m
6.     252 1:      cmp     r0, r6
   9 B8 B' L/ \1 P
7.     253         add     r3, r3, #1 << 20
   6 L! P: s8 T5 B& H" Q
8.     254         strls   r3, [r0], #4
   - Y  \% M% A! d2 t, N( T
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。
1 G7 c4 _" a' W5 V% T# c5 oline 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。

* q' e9 F" @; E- H2 i6 `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
   9 `/ j% x. B# R$ v2 l
2.     280         orr     r6, r7, #(PHYS_OFFSET & 0xff000000)
   5 f9 p& q% O4 j+ n- p
3.     281         .if     (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
4.     282         orr     r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
5.     283         .endif
   % w, l* e( S5 g9 M: x$ A) ^. h5 N* F
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
2 S+ h$ g0 ^8 i0 z- K3 i& U2 E9 wline 101, 將enable_mmu擺到lr
4 e) c. Q: y6 a' A: {( w6 n; ~6 w7 kline 102, 將pc改跳到r10+PROCINFO_INITFUNC的地方去
. u8 a* [& R( \1 \/ \1 |
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。

7 d9 X1 M5 b) Q& ]1 v- m3 vswitch_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
   3 H& w# T, B2 o. Y3 B# u" s, V
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   1 l1 \4 f+ F5 L
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~
4 L! ^0 G# ^% E" r
' `. n" C" m" a( b& _& T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
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
可以來看看和討論
http://gogojesseco.blogspot.com/
7 D: W0 d' o+ [2 H" _3 t
以後可能會採取  先在chip123貼新文章
慢慢整理到blog上的方式
( o% M' i4 I+ _% y7 |7 \3 l/ Y7 k因為chip123比較方便討論 =)
' ]  {- ]) X; \4 cblog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
2 M: C0 v" A/ F+ |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
   9 ?+ R' x. a% c* t- ?2 C1 Q0 S
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   6 Y3 A$ O' I" p
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   " E) k  v: y4 |
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
   
2. 374 __arm926_setup:
   
3. 375         mov     r0, #0
   " c1 H. Z4 |: |; h9 j/ w" ]
4. 376         mcr     p15, 0, r0, c7, c7              @ invalidate I,D caches on v4
   
5. 377         mcr     p15, 0, r0, c7, c10, 4          @ drain write buffer on v4
   9 ^* d+ F' q* D. D# t
6. 378 #ifdef CONFIG_MMU
   : ~. B; e  h& A
7. 379         mcr     p15, 0, r0, c8, c7              @ invalidate I,D TLBs on v4
   8 I7 W, F* o& J* Q4 E- s  Q, W
8. 380 #endif
   4 _1 ^: N0 o4 m9 p6 ]8 G
9. 
   / b# o+ I; A: F$ @+ F
10. 388         adr     r5, arm926_crval
    
11. 389         ldmia   r5, {r5, r6}
    # n5 {! P+ Q# r  J" b3 I- N
12. 390         mrc     p15, 0, r0, c1, c0              @ get control register v4
    ' j# C- Q2 Z  P& e. G: r% P
13. 391         bic     r0, r0, r5
    & D5 F6 ~! W7 i! [, S0 p6 l
14. 392         orr     r0, r0, r6
    $ C, a+ i& |0 Z6 `3 g5 e: U. N
15. 
    , {( v& d2 P0 S" Q3 _
16. 396         mov     pc, lr
    6 ^' [( A) p/ S
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，
( D0 g7 J2 i& j7 c1 W7 z7 x# _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。)
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:
     I5 z* i& ^* @7 X$ S# }9 q
2. 170         mov     r5, #(domain_val(DOMAIN_USER, DOMAIN_MANAGER) | \
   $ e% T2 Z2 P( D
3. 171                       domain_val(DOMAIN_KERNEL, DOMAIN_MANAGER) | \
   
4. 172                       domain_val(DOMAIN_TABLE, DOMAIN_MANAGER) | \
   " e$ _& ?- E. i2 J
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
   ! F  ?+ `* x9 B/ \; B3 g" ~
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)
" g1 x; D' a+ |: u3 }: M4 i, b# V/ M- qline 175~176，將create好的page table開頭丟給mmu。跳到turn_mmu_on

1. 191 __turn_mmu_on:
   2 I! y) f, A) I( ?
2. 192         mov     r0, r0
   7 E* }" L) s6 z/ j
3. 193         mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 0           @ write control reg
   0 F& w4 d. u' O( `+ F
4. 194         mrc     p15, 0, r3, c0, c0, 0           @ read id reg
   6 U1 t3 T5 p( U
5. 195         mov     r3, r3
   
6. 196         mov     r3, r3
   
7. 197         mov     pc, r13
   # @" b% z6 g5 T+ V' T; o" A
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 h7 }2 b- n& w+ y2 {2 j
3. 20         .long   __data_loc                      @ r4
   8 L2 S2 [9 n+ V
4. 21         .long   _data                           @ r5
   3 T3 p7 e" s% p9 K$ ?' q# b: I
5. 22         .long   __bss_start                     @ r6
   ) J4 E7 E' [5 D: k* s
6. 23         .long   _end                            @ r7
     k7 L2 h3 _5 F: L
7. 24         .long   processor_id                    @ r4
   
8. 25         .long   __machine_arch_type             @ r5
   3 G4 [2 a( l. Q
9. 26         .long   __atags_pointer                 @ r6
   
10. 27         .long   cr_alignment                    @ r7
    
11. 28         .long   init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp
    & V0 F# j; M$ k5 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:
   # r4 S) s! Y$ R! P3 v* A! ^# u
2. 40         adr     r3, __switch_data + 4
   % M8 k: Y  G1 f$ |( e) k6 p' c
3. 41
   . e' P8 b& B9 H, G
4. 42         ldmia   r3!, {r4, r5, r6, r7}
   7 G% M7 w/ ]* u( O, w; n
5. 43         cmp     r4, r5                          @ Copy data segment if needed
   
6. 44 1:      cmpne   r5, r6
   0 }/ ?7 J, I& s4 v; ]: k
7. 45         ldrne   fp, [r4], #4
   , N- z4 b3 T3 y
8. 46         strne   fp, [r5], #4
   
9. 47         bne     1b
   
10. 48
    
11. 49         mov     fp, #0                          @ Clear BSS (and zero fp)
    3 |  L1 i; D* L# W
12. 50 1:      cmp     r6, r7
    
13. 51         strcc   fp, [r6],#4
    ' U; G5 Q  u* o; P+ _& ~
14. 52         bcc     1b
    # }& u) |9 U/ p: j
15. 53
    
16. 54         ldmia   r3, {r4, r5, r6, r7, sp}
    8 F+ c- ], d* j
17. 55         str     r9, [r4]                        @ Save processor ID
    % A3 M: b, E3 Y8 |4 t7 d
18. 56         str     r1, [r5]                        @ Save machine type
    
19. 57         str     r2, [r6]                        @ Save atags pointer
    ' @' ?( b% ~: p% E+ ?) D
20. 58         bic     r4, r0, #CR_A                   @ Clear 'A' bit
    
21. 59         stmia   r7, {r0, r4}                    @ Save control register values
    . G6 G; J. c% l; V
22. 60         b       start_kernel
    + X" l5 y0 P% C6 [0 N
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。
1 X" g+ b: k. m( Uline 39，將__data_loc的addr放到r3
0 ^& o3 `. N1 z) R2 p9 N+ Oline 42,從r3的位址，連續讀取四筆資料到r4, r5, r6, r7
: Z, W; ^6 u; P- e# D& Gline 43~47，看看data segment是不是需要搬動。
( J. k' r! r2 Y6 X. s; Gline 49~52, clear BSS。

9 j2 i4 S/ ~( E3 l9 g* t9 p由於linux kernel在進入start_kernel前有一些前提必須要滿足：
7 W: T# v: P8 C' [* b2 e! nr0  = cp#15 control register
r1  = machine ID
r2  = atags pointer
* _8 j$ h) [5 ?" s; `, Kr9  = processor ID
$ R% Q, q2 ?5 _& o- y6 q) |. h
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)

. Z. A+ b3 z. n7 t看一下start_kernel()在./init/main.c，終於跳出architecture specific的目錄，表示
5 W! E% w' `3 p" ~, X* j我們真正的開始linux kernel的初始化。
- M% I0 p2 p8 o: Z7 j/ P  q, l+ r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。