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
1 o9 o' H) D/ ^『mov pc, r4』
3 [  f& z0 H& G1 f" p2 dr4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 H. X# Z$ _0 s& u
- }5 p0 k* \& G7 m( ]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。
$ E4 @) B2 x3 I/ k6 M& K4 i0 e
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。
3 [4 f' e6 P+ m0 M- N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 : {
   , T+ h+ l4 d/ N" g$ V' b# w9 v# i
2.      27         _stext = .;
   6 X' S  `6 G% }3 I+ H, f' P
3.      28         _sinittext = .;
   / l6 |& V' S4 A5 \6 r  d
4.      29         *(.text.head)
   ; e! _  ?" P7 f, f) r9 D8 t2 ~% X$ O
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"
   + @1 K: N* H4 b
2.      78     .type   stext, %function
   ; L% M5 D5 a, J
3.      79 ENTRY(stext)
   4 r! I" b' ?1 m% s0 y1 j6 Z* m% b
4.      80     msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
   9 g1 C9 K! [3 r7 `8 f4 A
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
   : c1 t& W2 Q- Y
8.      84     movs    r10, r5             @ invalid processor (r5=0)?
   
9.      85     beq __error_p           @ yes, error 'p'
   " ^3 B: w. f3 q2 g
10.      86     bl  __lookup_machine_type       @ r5=machinfo
    
11.      87     movs    r8, r5              @ invalid machine (r5=0)?
    
12.      88     beq __error_a           @ yes, error 'a'
    ) r  l: K1 f' P6 g
13.      89     bl  __vet_atags
    " S5 u: x2 J3 e+ O
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。
0 L& m) h1 u; m% r
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。
' V" [" P3 q  N9 T
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 /*
   ' X) ^( J" B. p/ Q6 L; {
2.      60  * Kernel startup entry point.
   + b" O' w3 u7 A
3.      61  * ---------------------------
   , l" h7 M( V9 U: ^
4.      62  *
     X) A8 D* b; h- \+ w: _! H& M5 n
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。
; W' c3 C" z1 J6 i, n9 T% Gline 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
! B1 V. q+ E& N7 Y+ o8 oline 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
   ! ]" s7 H& O# W4 {$ ^) z
5.      81                         @ and irqs disabled
   + |3 V* \3 U( C) k6 v9 e
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，
8 w3 ~- P5 P8 t- D7 S4 ^7 Mline 158, (3f表示forware往前找叫做『3』label)將label 3的address放到r3。
6 h$ n$ J: p& ]5 g1 P% z. M" 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）
* C+ [" q! h& H6 {& ]) E7 wline 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。
# |! G. h/ Y; t5 y, |. Rline 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
line 170, 找不到的話，r5的processor id就放0x0.表示unknown id。

% _6 ]2 ]0 d! M# }, Z1 t% l0 E# W# P__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
   # Z! h, J3 M% J
2.     157 __lookup_processor_type:
   
3.     158     adr r3, 3f
   * Z' o0 c" v5 S4 t* i( o
4.     159     ldmda   r3, {r5 - r7}
   
5.     160     sub r3, r3, r7          @ get offset between virt&phys
   
6.     161     add r5, r5, r3          @ convert virt addresses to
   
7.     162     add r6, r6, r3          @ physical address space
   
8.     163 1:  ldmia   r5, {r3, r4}            @ value, mask
   , A. F! H# [& a
9.     164     and r4, r4, r9          @ mask wanted bits
   
10.     165     teq r3, r4
    
11.     166     beq 2f
    + q# U* k3 L0 T4 m( n
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
    1 n( J5 m2 K* H& b8 S' b! x
17. 
    
18.     187     .long   __proc_info_begin
    & T: `: Y$ Y, A6 @/ |6 B/ g5 @
19.     188     .long   __proc_info_end
    " U$ q& f3 ~' q& m$ Z/ c3 y
20.     189 3:  .long   .
    
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。
4 Y7 O- E# h) T( B0 o8 ^
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。
& b7 e2 E( m2 s2 u. h. P0 p' Gline 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
   
2.      84         movs    r10, r5                         @ invalid processor (r5=0)?
   " P1 o/ \+ M; e5 `$ C+ w
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

! I9 s! W- H  D* G# D( Z) \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 */
   
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"))) = {    \
   7 ~6 u6 \) S: q  @# y5 U* Z
6.      54         .nr             = MACH_TYPE_##_type,            \
   
7.      55         .name           = _name,
   
8.      56
   7 h- W+ R1 S& P7 ?2 O/ p
9.      57 #define MACHINE_END                             \
   
10.      58 };
    + a6 s! m  h7 ?: z
11.      /* 用法 */
    % @+ b2 L9 E& O+ B( h7 W3 S
12.      93 MACHINE_START(OMAP_GENERIC, "Generic OMAP1510/1610/1710")
    
13.      94         /* Maintainer: Tony Lindgren <tony@atomide.com> */
    + E  }7 @) ^% ^) O
14.      95         .phys_io        = 0xfff00000,
    5 f* H3 `$ w) P" N2 @4 d+ R1 W0 h% N0 J
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,
    ' j, D: f, R7 i& ], W# F' r' U
20.     101         .timer          = &omap_timer,
      r: [: {; O5 l8 b( B2 u) y1 r! ?
21.     102 MACHINE_END
    
22. 
    
23.     /* func */
    3 o8 m- ]  Q2 \$ l5 @* }
24.     204         .type   __lookup_machine_type, %function
    
25.     205 __lookup_machine_type:
    
26.     206         adr     r3, 3b
    7 N  k+ z% R8 B5 ~! ]$ ]# e6 C
27.     207         ldmia   r3, {r4, r5, r6}
    
28.     208         sub     r3, r3, r4                      @ get offset between virt&phys
    + Z: Z' Y! f9 {7 |0 R+ W/ T
29.     209         add     r5, r5, r3                      @ convert virt addresses to
    
30.     210         add     r6, r6, r3                      @ physical address space
    " [: F- j! B' W. e$ m* B
31.     211 1:      ldr     r3, [r5, #MACHINFO_TYPE]        @ get machine type
    0 X7 q8 I3 |, Y, g/ v( G4 Y  I
32.     212         teq     r3, r1                          @ matches loader number?
    3 @# q3 y( [6 D0 r% s
33.     213         beq     2f                              @ found
    
34.     214         add     r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC    @ next machine_desc
    
35.     215         cmp     r5, r6
    - X; `9 _* E" d! \0 F
36.     216         blo     1b
    
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，
6 ^* |) q4 n% h+ }6 Rline 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)?
   ! Z0 O& q# y% n+ R; C6 b4 D8 Z7 L" _. \
2.      88         beq     __error_a                       @ yes, error 'a'
   5 e" C  z7 e( m( S# a
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。
, T% y: Q) C; N$ ^, F7 m: Eline 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。
3 w3 z* Y& A& ?" e* ?2 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
   6 L, B3 G# u$ d' d2 M1 b
2.      15 #define ATAG_CORE_SIZE ((2*4 + 3*4) >> 2)
   
3. 
   
4.     243         .type   __vet_atags, %function
   + L$ g' G& |0 B) L. H/ T$ A3 |
5.     244 __vet_atags:
   + F  J+ C- f$ h; x. z
6.     245         tst     r2, #0x3                        @ aligned?
   & E; i8 A/ ^* l! Q# c
7.     246         bne     1f
   
8.     247
   2 g* R( X  M3 }! u% ^7 T$ `" ~. |
9.     248         ldr     r5, [r2, #0]                    @ is first tag ATAG_CORE?
   
10.     249         subs    r5, r5, #ATAG_CORE_SIZE
    
11.     250         bne     1f
    
12.     251         ldr     r5, [r2, #4]
    
13.     252         ldr     r6, =ATAG_CORE
    
14.     253         cmp     r5, r6
    
15.     254         bne     1f
    , `8 V  T. H  Z+ K- J
16.     255
    , |3 r' \- m0 t, g- C
17.     256         mov     pc, lr                          @ atag pointer is ok
    
18.     257
    
19.     258 1:      mov     r2, #0
    
20.     259         mov     pc, lr

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接著我們又跳回去head.S。  
* h( y" p! [5 Y8 \) J+ ]line 90，又跳到 __create_page_tables。   (很累人....應該會死不少腦細胞）
1 f, @  b. B! |4 G  A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：
  i9 p: s6 I. G: P5 R/ F7 I
1. arm instruction set - 這個最好每個指令的意思都大略看過一次，行有餘力多看幾個版本，armv4, v5 or v6。
2. compiler & assembler & linker - toolchain工具做的事情和功能，大致的流程和功能要有概念。
3. Makefile & link script - 這兩個功能和撰寫的方式要有簡單的概念。

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。
& t. K. C+ q- g6 t# d5 k$ _  }
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。
3 B6 G3 a0 }- i4 |0 I
『產生page table到底是要給誰用的？』
" u5 ~2 T" c1 v. ~; h7 N
( m2 w. P3 w( ~) S3 [: L7 Y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。
- p+ H7 t4 o, w  c3 s$ u, ?3 x* O* Q
這樣來看CPU其實一開始打出去的位址訊號其實不是最後可以拿到資料的位址，我們稱為virtual address(va)，mmu打出來的位址才能真正拿到資料，所以我們把mmu打出去的位址稱為physical address(pa)。那用來查詢這個位址對照關係的表格，就是page table。
. V% f& q# H6 D
1 u( R. e( `: N# _2 l. I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。
; d: R3 M& z( f8 m9 @
& L8 k2 T6 N' e* `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。
/ p0 B: T9 [- c) T: \* M
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。
) l- Y, M% d" K8 Y" K
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∼
( g6 i/ p3 O% z# {8 Cline 216，會跳到pgtbl的macro去執行，其實只是載入一個位址。

2 E$ G( e# f/ c1 L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 */
   ; W& u% f5 @  {5 b( v* ~0 f9 ^
2.      95 textofs-y       := 0x00008000
   1 T. K! I" j4 T- [
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. 
   
4.      /* arch/arm/kernel/head.S */
   
5.      29 #define KERNEL_RAM_VADDR        (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   6 V+ @# I8 |2 }, A7 |
6.      30 #define KERNEL_RAM_PADDR        (PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET)
   
7. 
   
8.      47         .macro  pgtbl, rd
   ' K8 E6 M! K8 S0 f3 R
9.      48         ldr     \rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000)
   
10.      49         .endm
    * H0 r$ J  p# o1 o
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。
) U9 W8 P: c" }9 c7 v1 v! vline 221, 將pg table的base addr放到r0.
. [! `5 `1 D1 E/ x+ iline 223, 將pg table的end addr放到r6.
4 g' h! ^4 P6 S& l/ r: Y  rline 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
   ; H" `$ m/ K$ d
2.     222         mov     r3, #0
   4 A7 T, @% O0 f0 P4 i+ Z/ r7 p# S
3.     223         add     r6, r0, #0x4000
   
4.     224 1:      str     r3, [r0], #4
   
5.     225         str     r3, [r0], #4
   0 l3 o* C0 r/ n/ X
6.     226         str     r3, [r0], #4
   : m/ p  F7 E6 x/ x" m
7.     227         str     r3, [r0], #4
   
8.     228         teq     r0, r6
   8 J6 O# h% P; l1 J
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？？
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。
& Z9 h6 `( m1 n
1 \' |$ ~7 j; Q& }5 p$ r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）
8 u) l8 V3 j  w) D3 f1. [31:20]存著section base addr
2. [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)
4. 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。

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。
. \: [, t; J5 X! D! M3 f3 g2 `- ?所以前面兩個做完，就完成了bit[31:2]。
# B$ V- S9 H# I; e) l* N  y5 ?: Xline 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
   / y( b9 F5 e7 _! x
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∼
, A9 S: n- n2 T# l+ k) |6 ]
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。
' Z2 b% h* I, a% n/ }9 J/ L
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
   ' r: x: J! ?! K7 E2 P' o6 q* I' E
2.     248         str     r3, [r0, #(KERNEL_START & 0x00f00000) >> 18]!
   
3.     249         ldr     r6, =(KERNEL_END - 1)
   2 R' _" m3 `/ j- K& Y
4.     250         add     r0, r0, #4
   
5.     251         add     r6, r4, r6, lsr #18
   
6.     252 1:      cmp     r0, r6
   
7.     253         add     r3, r3, #1 << 20
   $ m0 w. f( j4 a3 r/ Y; b3 o/ F
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。
7 K* I; p9 L' U8 g% kline 280~283,將要 map 的physical address的方式算出來放到r6。
2 j7 l! ^& C) C& Fline 284，最後將結果存到r0所指到的pte。
" }: f2 l+ _- I& r5 M! q
) s& s; ^5 u! x4 B* c  M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。
2 z- G, y. ~0 w2 {5 R# u
3 j. @1 t/ M" F' r; O  Z! Aline 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)
   7 u$ N* e- c4 a1 P* h; Z
4.     282         orr     r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
   
5.     283         .endif
   
6.     284         str     r6, [r0]
   $ a( P2 f( ^+ ~2 p' ]9 r
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，
5 g, l/ l2 G2 m5 Aline 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
5 s2 C. ]2 Y& w& V
2 k/ @7 Y3 Z* V. \% T3 O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。
6 H' e% i1 c; {7 `" ^5 [0 G
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
   , B# B0 V3 G" U
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
     @4 Z/ u: Q6 {; Q2 L% o
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

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gogojesse

老店重新開張~

花了一些時間把舊的貼文整理到一個blog
% i6 D+ p2 B. U" n/ [, B6 M有把一些敘述修改過
7 P5 e) d& |  x: [5 b: P希望會比較容易集中閱讀
, p% O/ I8 V. \5 E; B2 `7 e4 w目前因為某些敘述不容易
# ~, R7 C0 X; J! T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 g/ P- g3 O$ K# n* R  ]! Q3 G大家有興趣的話
可以來看看和討論
http://gogojesseco.blogspot.com/
& `, w  X& ]* e, i- N: U
以後可能會採取  先在chip123貼新文章
慢慢整理到blog上的方式
/ a6 f% {# e5 N) x' j" w6 }) w因為chip123比較方便討論 =)
* E9 _) D! r" H4 Y6 s$ _7 D- z0 L: Lblog編輯修改起來比較方便
" o% V" @6 C$ m! @) P閱讀也比較集中   大家可以在這邊看到討論
1 m- [7 T' b& {, d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
   $ r2 ?$ }5 V" `+ y& t
2.     100                                                 @ mmu has been enabled
   
3.     101         adr     lr, __enable_mmu                @ return (PIC) address
   
4.     102         add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

複製代碼

line 99, 將__switch_data放到r13。(留作之後用)
  G6 ~% m( d, N3 J# zline 101, 將__enable_mmu的addr放到lr。(留作之後用)
6 k" L9 h& s1 zline 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
   ) \4 a' f6 V! J3 B
2. 374 __arm926_setup:
   
3. 375         mov     r0, #0
   $ P- ?) x; J0 D0 o
4. 376         mcr     p15, 0, r0, c7, c7              @ invalidate I,D caches on v4
   3 x' J- V6 K5 z0 {% \: r& ^
5. 377         mcr     p15, 0, r0, c7, c10, 4          @ drain write buffer on v4
   
6. 378 #ifdef CONFIG_MMU
   : ^# ?) ~1 n0 p) K( p8 M
7. 379         mcr     p15, 0, r0, c8, c7              @ invalidate I,D TLBs on v4
   ' d+ t+ F% m7 @& ~
8. 380 #endif
   
9. 
   
10. 388         adr     r5, arm926_crval
    
11. 389         ldmia   r5, {r5, r6}
    7 }3 b/ Q9 V! Y0 Y6 i8 s* P" B
12. 390         mrc     p15, 0, r0, c1, c0              @ get control register v4
    
13. 391         bic     r0, r0, r5
    - F% |* ~0 Z' u) M+ z$ a  S
14. 392         orr     r0, r0, r6
      v- o! A( D, L4 @6 X5 d! R
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，
; V1 \& d% C( X& o; n# m; Lline 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。)
# R6 a9 a+ ]  I: tline 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) | \
   
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. 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
   $ ]' M8 Y% M5 m2 t1 `+ [2 |, z  j6 x
8. 176         b       __turn_mmu_on
   % g1 F, y7 C% j3 [0 u! j3 t4 w, u
9. 177 ENDPROC(__enable_mmu)

複製代碼

line 170~174，設置好domain access。(domain access可以先當成設置access的權限，或許以後可以寫詳細的文章說明)
line 175~176，將create好的page table開頭丟給mmu。跳到turn_mmu_on

1. 191 __turn_mmu_on:
   
2. 192         mov     r0, r0
   ; u+ ~6 @! n. i1 D
3. 193         mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 0           @ write control reg
   
4. 194         mrc     p15, 0, r3, c0, c0, 0           @ read id reg
   * I2 P5 ?. W* c% N, B' g
5. 195         mov     r3, r3
   
6. 196         mov     r3, r3
   
7. 197         mov     pc, r13
   . L' V. x+ J$ z( U6 m
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
   
5. 22         .long   __bss_start                     @ r6
   9 M3 F2 d1 M: ~
6. 23         .long   _end                            @ r7
   - k2 p4 O  _2 \' E* y. x  Y$ L$ [% u
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
    " M) L- Y+ y5 ^" }$ x" |
11. 28         .long   init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp
    # j1 m8 ^+ N  X9 c; s
12. 29
    4 U4 P% [; z8 p

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
   
4. 42         ldmia   r3!, {r4, r5, r6, r7}
   ) S- n/ A0 U5 F+ ~, I0 s
5. 43         cmp     r4, r5                          @ Copy data segment if needed
   
6. 44 1:      cmpne   r5, r6
   ! D" Q4 R; ]7 T4 x: r' v
7. 45         ldrne   fp, [r4], #4
   
8. 46         strne   fp, [r5], #4
   
9. 47         bne     1b
   
10. 48
    
11. 49         mov     fp, #0                          @ Clear BSS (and zero fp)
    
12. 50 1:      cmp     r6, r7
    6 k) s) X+ f) X- U) k
13. 51         strcc   fp, [r6],#4
    
14. 52         bcc     1b
    9 s9 o: B$ ~! |: T5 t; L3 |
15. 53
    
16. 54         ldmia   r3, {r4, r5, r6, r7, sp}
    
17. 55         str     r9, [r4]                        @ Save processor ID
    
18. 56         str     r1, [r5]                        @ Save machine type
    
19. 57         str     r2, [r6]                        @ Save atags pointer
    
20. 58         bic     r4, r0, #CR_A                   @ Clear 'A' bit
    6 Q. o/ o- U+ `
21. 59         stmia   r7, {r0, r4}                    @ Save control register values
    ) R1 N9 G; i: s. h) E3 `: q
22. 60         b       start_kernel
    6 y3 c# @8 u0 Z: l1 l7 D$ 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
( ^1 Q6 p' V! Z9 k' P7 g" lline 42,從r3的位址，連續讀取四筆資料到r4, r5, r6, r7
( d% @: G5 u* Xline 43~47，看看data segment是不是需要搬動。
$ Y/ ~+ ^# x4 Q! k& E, i* hline 49~52, clear BSS。
8 ?. g  E! Q7 N7 R7 Q% v
3 u! c6 o; I, }# [' o+ v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
' i8 W. e% n5 {6 ^r1  = machine ID
r2  = atags pointer
/ q/ k; d: _& V7 r$ O7 J3 ^# ]r9  = processor ID
/ r3 y* H" s$ j- s1 V8 b
- f8 n& t- k; G3 H5 |5 h# F+ T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)

; B# W. U+ o  d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。
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。