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』
+ |( R% X* _  E3 ^' s- e( y7 Kr4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) u/ F; m2 A) Y/ Q
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。
& c1 X1 [0 u4 b+ L/ |8 Y
, X3 H7 n3 n7 y, H/ w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。
* Q3 u9 |+ l0 h6 O% J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 : {
   / q$ h, \! U7 P! {: y
2.      27         _stext = .;
   
3.      28         _sinittext = .;
   . M* g' y1 a( N- m( f! k1 e
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"
   % \8 y/ r4 l2 L
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
   7 |3 ?1 [, w8 @3 }+ p2 C
6.      82     mrc p15, 0, r9, c0, c0      @ get processor id
   
7.      83     bl  __lookup_processor_type     @ r5=procinfo r9=cpuid
   ) }8 h- y/ e; E7 Z. t8 S7 h
8.      84     movs    r10, r5             @ invalid processor (r5=0)?
   
9.      85     beq __error_p           @ yes, error 'p'
   
10.      86     bl  __lookup_machine_type       @ r5=machinfo
    9 E( {4 [' b  x) ]" E
11.      87     movs    r8, r5              @ invalid machine (r5=0)?
    & p8 x* A8 V6 G/ n
12.      88     beq __error_a           @ yes, error 'a'
    8 |& y/ ^; ]8 H/ t/ q8 E7 F6 N" _
13.      89     bl  __vet_atags
    $ O6 H/ f& @8 ?  N1 M& y) F7 `
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。
  I+ D, m4 H0 z) [( ^1 ~
! o" H( {1 a8 V6 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。

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.
   : ]7 I1 C; O+ G0 w7 r$ c& |
3.      61  * ---------------------------
   $ h1 M4 N5 T6 C" r) S
4.      62  *
   
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。
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)
line 82, 讀取CPU ID到r9
* b( {7 M+ P7 R# gline 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)
   2 E: g, C" Y. }( ~, ]/ j) i
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
   $ Q$ N3 r2 g( m# c
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，
6 d) p/ r: M' `! \6 n- yline 158, (3f表示forware往前找叫做『3』label)將label 3的address放到r3。
& K3 K6 |: G5 S: Y  Z! Lline 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
6 X2 a8 e& e$ @! C2 ]6 ^line 170, 找不到的話，r5的processor id就放0x0.表示unknown id。

# s2 B$ u7 k6 h$ n' M8 ~" e% H6 I__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
   2 F2 H5 m  W* K( t- Y$ B( a9 |
4.     159     ldmda   r3, {r5 - r7}
   
5.     160     sub r3, r3, r7          @ get offset between virt&phys
   0 j3 k+ ?7 G" F
6.     161     add r5, r5, r3          @ convert virt addresses to
   
7.     162     add r6, r6, r3          @ physical address space
   3 z" I) I: ~6 Y! J6 A! F3 G
8.     163 1:  ldmia   r5, {r3, r4}            @ value, mask
   
9.     164     and r4, r4, r9          @ mask wanted bits
   ! d- ^4 [5 N5 n; \; e) a
10.     165     teq r3, r4
    $ {. I! L( B( m: K7 ^1 X6 [# D
11.     166     beq 2f
    + o) O/ `6 e: Q2 T
12.     167     add r5, r5, #PROC_INFO_SZ       @ sizeof(proc_info_list)
    / x' w* V) r. g- Z/ z- Q
13.     168     cmp r5, r6
    
14.     169     blo 1b
    ! ?0 W5 H# {3 e+ @+ y+ d: O! ^
15.     170     mov r5, #0              @ unknown processor
    
16.     171 2:  mov pc, lr
    7 r: m' b/ H' K2 S  V1 ^- l3 ^
17. 
      O+ L( f4 E: J' y1 I/ F& T
18.     187     .long   __proc_info_begin
    
19.     188     .long   __proc_info_end
      K" h7 v- g4 z3 _, S; J4 E
20.     189 3:  .long   .
    
21.     190     .long   __arch_info_begin
    % z) V3 `# V0 z! @
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。
7 n4 W( h1 Q2 F5 {+ ^: X% D& ~* ]
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 h7 h8 T  iline 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
   0 b8 ?  s. Y. M+ F
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

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。

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 */
   - G2 a8 `7 H. [  M; v3 ~, L
2.      50 #define MACHINE_START(_type,_name)                      \
   , f5 m. x% |" w% a, |! T- z
3.      51 static const struct machine_desc __mach_desc_##_type    \
   ' q2 L9 @6 {' K. _7 ~
4.      52  __used                                                 \
   5 F6 m$ [$ K6 N0 x) ]. E$ n5 d
5.      53  __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {    \
   # [' V! l+ }9 m$ y9 _
6.      54         .nr             = MACH_TYPE_##_type,            \
   
7.      55         .name           = _name,
   - R6 y3 |8 k9 P
8.      56
   
9.      57 #define MACHINE_END                             \
   6 k% i6 F/ R/ ~  v1 X+ D! T5 Y
10.      58 };
    
11.      /* 用法 */
    
12.      93 MACHINE_START(OMAP_GENERIC, "Generic OMAP1510/1610/1710")
    
13.      94         /* Maintainer: Tony Lindgren <tony@atomide.com> */
    
14.      95         .phys_io        = 0xfff00000,
    
15.      96         .io_pg_offst    = ((0xfef00000) >> 18) & 0xfffc,
    
16.      97         .boot_params    = 0x10000100,
    
17.      98         .map_io         = omap_generic_map_io,
    
18.      99         .init_irq       = omap_generic_init_irq,
    
19.     100         .init_machine   = omap_generic_init,
    % A+ X4 q4 }' m/ i* B
20.     101         .timer          = &omap_timer,
    " C  {: d# \! D7 S+ G
21.     102 MACHINE_END
    - }9 [! t) _9 S: ^
22. 
    / T# K. W" t0 m
23.     /* func */
    
24.     204         .type   __lookup_machine_type, %function
    
25.     205 __lookup_machine_type:
    0 \2 I0 x  z& d) a
26.     206         adr     r3, 3b
    
27.     207         ldmia   r3, {r4, r5, r6}
    
28.     208         sub     r3, r3, r4                      @ get offset between virt&phys
    9 l* e' a% H; _* b, R. ~
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?
    4 G' \% d- c# L- Q3 o  S0 _
33.     213         beq     2f                              @ found
    
34.     214         add     r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC    @ next machine_desc
    
35.     215         cmp     r5, r6
    
36.     216         blo     1b
    
37.     217         mov     r5, #0                          @ unknown machine
    
38.     218 2:      mov     pc, lr

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gogojesse

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'
   + b; D6 X  N$ T+ ?! _0 M
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。
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。
, w% I$ j$ t' Z6 R; G; yline 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 p* W& N; I6 }) t
3. 
   # ]$ a; i. v. ^: I' [& C8 t
4.     243         .type   __vet_atags, %function
     g+ S( n' ?" M& x' O3 z+ L
5.     244 __vet_atags:
   
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
    9 q8 V/ h, W9 ?! w6 ^$ C
11.     250         bne     1f
    
12.     251         ldr     r5, [r2, #4]
    
13.     252         ldr     r6, =ATAG_CORE
    * P( a6 y2 ]2 [7 ]3 j# Q( @& k6 y* J
14.     253         cmp     r5, r6
    
15.     254         bne     1f
    
16.     255
    
17.     256         mov     pc, lr                          @ atag pointer is ok
    
18.     257
    $ u# ?. \* ?7 \% l; k
19.     258 1:      mov     r2, #0
    , I! E  `- h7 U7 P( [, Z$ d
20.     259         mov     pc, lr

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接著我們又跳回去head.S。  
) x  W2 N/ ~2 T1 k6 L/ C! J" \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：
5 G' x$ Z0 z2 H- [- h' H
5 y& Y6 g& a. F# [# U4 {! `# n/ C1. 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。
  j7 ]' Q6 D  i7 b1 w2. 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。

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。

! C6 n/ ]4 d) d5 k) q. c『產生page table到底是要給誰用的？』

/ z7 W; }) K. F% R3 G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。
" \. c3 v6 v# Z6 v& v; x6 z9 P4 k
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。

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。
0 g3 M2 i4 h) I( G# E3 g1 ]
) {4 x# r& e$ k  p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。

& y* U1 |9 U+ C! q& R7 X; }8 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。
5 a& Q2 F+ u8 y2 U: K3 b
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∼
! ^: U7 D: b; g/ W0 Fline 216，會跳到pgtbl的macro去執行，其實只是載入一個位址。

: j8 l9 |4 Z, J. k1 [. s" H9 {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
   : n- B1 _* B5 Y5 k
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)
   
3. 
   & |3 S/ ], y6 z" ^; J4 l
4.      /* arch/arm/kernel/head.S */
   1 k! ]" H) q/ ]6 _+ X1 v# \' w
5.      29 #define KERNEL_RAM_VADDR        (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   
6.      30 #define KERNEL_RAM_PADDR        (PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   * m+ G' h# y: H0 k: ]7 a. j) k
7. 
   
8.      47         .macro  pgtbl, rd
   + C4 l" U; W3 Y
9.      48         ldr     \rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000)
   
10.      49         .endm
    $ N' C' Z1 m7 T3 o' N" Y) K
11. 
    
12.     216         pgtbl   r4                              @ page table address

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gogojesse

得到pg table的開始位置之後，當然就是初始化囉。
# N5 j/ k& U& {, Vline 221, 將pg table的base addr放到r0.
* ]0 J3 O" w0 W+ F2 O9 N3 s# gline 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
   
2.     222         mov     r3, #0
   $ ?% f. W6 h7 u$ I$ R
3.     223         add     r6, r0, #0x4000
   
4.     224 1:      str     r3, [r0], #4
   2 I! K3 y0 y9 x5 |9 e1 S2 N
5.     225         str     r3, [r0], #4
   
6.     226         str     r3, [r0], #4
   ' i5 \$ K$ u4 T, g1 C9 r% `! A
7.     227         str     r3, [r0], #4
   # R( x5 ]( [$ N0 _
8.     228         teq     r0, r6
   
9.     229         bne     1b

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line 231, 將位址等於 r10+PROCINFO_MM_MMUFLAGS 裡頭的值放到r7。r10是proc_info的位址。proc的info data structure被定義在『./include/asm-arm/procinfo.h』，offset取得的方式用compiler的功能，以便以後新增structure的欄位的時候不需要更動程式碼。這邊的動作合起來就是讀預設要設給mmu flags的值。

1.    231         ldr     r7, [r10, #PROCINFO_MM_MMUFLAGS] @ mm_mmuflags

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gogojesse

問題怎麼填值？？
3 U' ]+ r+ F# S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。
# v2 j1 w+ z* w/ U' a( o
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
* Z" U4 |: g2 E( C3 B2. [19:2]存著mmu flags
! z3 v) f3 u* z' @3. [1:0]用來辨別這是存放哪種page, 有四種:
9 R6 k, p3 M* ~, ?4 y) P* n+ v- Q% J   a. fault (00) b. coarse page (01) c. section (1st level) (10) d. fine page (11)
2 w. V; e* I0 G4. pg tabel資料要存放到 [31:14] = translation base, [13:2] = table index , [1:0] = 0b00 的位址
6 ^+ [. v; K- R$ @1 q! i
來看code是怎麼設定。

line 239, 將pc的值往右shift 20次放到r6.這是取得前20高位元的資料，有點像是 1.。
" E4 }0 D4 V3 o! D/ i9 C2 c( p+ gline 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。
; k& H" H" t; h+ b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
   
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∼
- J; A; }2 L6 F& C3 d
上篇已經將pc所屬的page table entry(pte)設定好，接著繼續看
. q) |: ^1 Z! ?% W  Uline 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。
; e3 B6 [8 l: Y' g: g
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
   5 b# t+ c0 Z; ?8 c! y: Z: N
2.     248         str     r3, [r0, #(KERNEL_START & 0x00f00000) >> 18]!
   
3.     249         ldr     r6, =(KERNEL_END - 1)
   8 r8 S8 m* n5 [+ F$ w. A0 W
4.     250         add     r0, r0, #4
   5 z$ D2 G6 x& w8 s! L+ M
5.     251         add     r6, r4, r6, lsr #18
   8 [; T) G& G) i! H: q9 {
6.     252 1:      cmp     r0, r6
   8 H1 _* L) h$ V
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。
2 l+ e6 \3 W3 J8 z7 Wline 280~283,將要 map 的physical address的方式算出來放到r6。
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。
- Q# C9 j# u6 Y2 N+ q1 w/ B, Q
9 k. \7 F. P. Wline 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)
   $ S$ {2 B6 @" @5 j7 k
3.     281         .if     (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
4.     282         orr     r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
5.     283         .endif
   
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
& L9 P7 }2 f- b% s& Eline 101, 將enable_mmu擺到lr
/ Q0 c3 R* G1 x& ^line 102, 將pc改跳到r10+PROCINFO_INITFUNC的地方去
6 j$ w8 d0 ]" v. }
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
   " |" K. S& O2 {4 r, ]
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   : T% E2 s( i3 r7 D/ F
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

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gogojesse

老店重新開張~
4 S& M/ E; Y+ @
! ]: C/ }) \% Q$ F3 U花了一些時間把舊的貼文整理到一個blog
* @8 L, t: i! Z+ e( J/ J; z有把一些敘述修改過
希望會比較容易集中閱讀
: I( h' p$ o$ t0 P6 e  I$ M% r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
" s% c' p% P0 w# O$ p! L) q大家有興趣的話
可以來看看和討論
http://gogojesseco.blogspot.com/

1 i" j5 L, J/ }" _" J8 ]% [! z( h8 j以後可能會採取  先在chip123貼新文章
5 m. y6 t: q: S! z' I" Z2 |慢慢整理到blog上的方式
4 k0 T' Q& i5 E1 \因為chip123比較方便討論 =)
' A, o0 j" R: f- c0 H& nblog編輯修改起來比較方便
& d* \% x: ?% f  O1 y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
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
   + ~- g3 q3 L3 l7 g2 K: n4 [# `
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   " r' l- `. r' M+ o# k6 \
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

複製代碼

line 99, 將__switch_data放到r13。(留作之後用)
' o; `+ i" m4 C1 lline 101, 將__enable_mmu的addr放到lr。(留作之後用)
9 I6 Q. K4 d% }" `& V5 Oline 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. 376         mcr     p15, 0, r0, c7, c7              @ invalidate I,D caches on v4
   ) n/ @! c) i, v0 A" p0 @
5. 377         mcr     p15, 0, r0, c7, c10, 4          @ drain write buffer on v4
   
6. 378 #ifdef CONFIG_MMU
   + _2 [+ A8 r% l$ e% j. P8 ]
7. 379         mcr     p15, 0, r0, c8, c7              @ invalidate I,D TLBs on v4
   ! K( U! V8 }! i3 G, B
8. 380 #endif
   5 N* h! f' L3 [, y5 E; o$ C, p
9. 
   
10. 388         adr     r5, arm926_crval
    ) S- ]- R/ I3 ~
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
    
15. 
    
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，
/ ~* M4 i& k) S% L/ `1 m1 }& R3 c7 g: Zline 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。)
4 e3 N* a- [$ C7 L" ?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:
   , q6 V& y7 R5 t: n
2. 170         mov     r5, #(domain_val(DOMAIN_USER, DOMAIN_MANAGER) | \
   * }( E+ i; @' ^& g" J
3. 171                       domain_val(DOMAIN_KERNEL, DOMAIN_MANAGER) | \
   5 R# l! a& m! W
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
   5 {* \! |8 E* K; p4 L/ U$ ?
7. 175         mcr     p15, 0, r4, c2, c0, 0           @ load page table pointer
   
8. 176         b       __turn_mmu_on
   
9. 177 ENDPROC(__enable_mmu)

複製代碼

line 170~174，設置好domain access。(domain access可以先當成設置access的權限，或許以後可以寫詳細的文章說明)
/ k6 ?- t' G, p# m8 L. mline 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
   5 u( `+ x: _# @% f: N$ `
4. 194         mrc     p15, 0, r3, c0, c0, 0           @ read id reg
   ( u4 y* M) H! K
5. 195         mov     r3, r3
   7 a5 _( z4 `6 t/ w0 \# P. I) d
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
   
3. 20         .long   __data_loc                      @ r4
   
4. 21         .long   _data                           @ r5
   % J& J! f! X8 O$ t' C
5. 22         .long   __bss_start                     @ r6
   - i8 G0 ^! z- p6 Z0 ?& S0 X
6. 23         .long   _end                            @ r7
   ! _  b$ ^! E; R* e
7. 24         .long   processor_id                    @ r4
   
8. 25         .long   __machine_arch_type             @ r5
   
9. 26         .long   __atags_pointer                 @ r6
   
10. 27         .long   cr_alignment                    @ r7
    + U( s) W5 @5 j
11. 28         .long   init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp
    
12. 29
    

複製代碼

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

gogojesse

1. 39 __mmap_switched:
   
2. 40         adr     r3, __switch_data + 4
   
3. 41
   , ?% q" N# M0 ^9 m9 K; n7 E. l0 k
4. 42         ldmia   r3!, {r4, r5, r6, r7}
   . G4 H4 q0 ?% G
5. 43         cmp     r4, r5                          @ Copy data segment if needed
   $ Z, q0 F. D; C) A, [  N
6. 44 1:      cmpne   r5, r6
   7 M' x/ M. F: m2 n! s: U8 X
7. 45         ldrne   fp, [r4], #4
   / _1 D" ~5 f- m4 w
8. 46         strne   fp, [r5], #4
   + r* {4 k, P/ S& L) f" j& ^- y3 b
9. 47         bne     1b
   ; f: V2 q/ D: P6 p0 a. J
10. 48
    & G/ _; H# v6 S2 u# E
11. 49         mov     fp, #0                          @ Clear BSS (and zero fp)
    4 O' w' }9 D; d3 N. w
12. 50 1:      cmp     r6, r7
    $ ?, f% Y/ F. J. ?; @
13. 51         strcc   fp, [r6],#4
    
14. 52         bcc     1b
    
15. 53
    ! D: N8 z2 a6 O9 V- y
16. 54         ldmia   r3, {r4, r5, r6, r7, sp}
    
17. 55         str     r9, [r4]                        @ Save processor ID
    1 u! O, z2 p2 {9 U( s( c
18. 56         str     r1, [r5]                        @ Save machine type
    / a5 S$ \* T4 E9 i8 s
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
    " o6 ]' b* l& o7 R7 O: C
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
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。
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
0 ^& q2 u2 p1 Y% A4 s8 J5 D+ X! lr9  = processor ID

所以line 54~59就是在做這些準備。
  ?* j7 N9 Z% b. T; A; ]. F( j9 P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)
. F  M/ l% z& t0 q0 x  J# [
8 l5 @0 R& b* q看一下start_kernel()在./init/main.c，終於跳出architecture specific的目錄，表示
# V: n/ C8 K; H4 }. J9 c$ Z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。