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汇编其实很可爱

• 绝大部分IT从业人员终生不用触碰到的汇编,它听着像上古时代遥远的呼唤,总觉得远却又能听到声,汇编再往下就真的是01110011了,汇编指令基本是一一对应了机器指令.
• 所谓内核是对硬件的驱动,对驱动之后资源的良序管理,这里说的资源是CPU(单核/多核),内存,磁盘,i/o设备.层层封装,步步遮蔽,到了应用层,不知有汉,无论魏晋才好.好是好,但有句话,其实哪有什么岁月静好,只是有人替你负重前行.难道就不想知道别人是怎么负重前行的?
• 越高级的语言是越接近人思维模式的,越低级的语言就是越贴近逻辑与非门的高低电平的起伏.汇编是贴着硬件飞行的,要研究内核就绕不过汇编,觉得神秘是来源于不了解,恐惧是来自于没接近.
• 其实深入分析内核源码之后就会发现,汇编其实很可爱,很容易,比c/c++/java容易太多了,真的是很傻很单纯.

鸿蒙内核源码分析系列篇至少已经有五篇涉及到了汇编,请自行翻看,但还是远远不够,要写十五篇,彻底摸透,现在才刚刚开始,本篇先整理鸿蒙内核所有汇编文件和大概说明文件的作用,后续一块一块来剥,不把这些汇编剥个精光不罢休.

汇编目录

鸿蒙所有汇编文件如下:
直接点击可以查看注解源码,有些站点会把链接去除,没办法,可直接去各大站点搜"鸿蒙内核源码分析",找到源码注解.

• \arch\arm\arm\src
  • startup 启动相关
    • reset_vector_mp.S 多核CPU下启动代码,大文件
    • reset_vector_up.S 单核CPU下启动代码,大文件
  • armv7a
    • cache.S 缓存相关的两个函数
  • los_dispatch.S 异常分发处理,大文件.
  • los_hw_exc.S 硬件异常相关,大文件.
  • los_hw_runstop.S OsSRSaveRegister 和 OsSRRestoreRegister 汇编实现
  • jmp.S 两个简单的跳转函数
  • hw_user_get.S 拷贝用户空间数据到内核空间
  • hw_user_put.S 拷贝内核空间数据到用户空间

hw_user_get.S

将用户空间数据src 拷贝到内核空间 dst

// errno_t _arm_get_user(void *dst, const void *src, size_t dstTypeLen, size_t srcTypeLen)
FUNCTION(_arm_get_user)
    stmdb   sp!, {
     r0, r1, r2, r3, lr} @四个参数入栈,保存LR
    cmp     r2, #0	@r2 和 0比较
    beq     .Lget_user_return @相等 跳到Lget_user_return 直接返回
    cmp     r2, r3	@r2 和 r3比较
    bne     .Lget_user_err	@不等,说明函数要返回错误
    cmp     r2, #1	@r2 和 1比较
    bhi     .Lget_user_half @if(dstTypeLen>1) 跳转到Lget_user_half
.Lget_user_byte:		 @按字节拷贝数据
0:  ldrbt   r3, [r1], #0 @r3=*r1
1:  strb    r3, [r0], #0 @*r0=r3
    b       .Lget_user_return 
.Lget_user_half:
    cmp     r2, #2	@r2 和 2比较
    bhi     .Lget_user_word  @if(dstTypeLen>2) Lget_user_word
2:  ldrht   r3, [r1], #0 	@完成最后一个字节的拷贝
3:  strh    r3, [r0], #0	@完成最后一个字节的拷贝
    b       .Lget_user_return
.Lget_user_word:
    cmp     r2, #4 @r2 和 4比较
    bhi     .Lget_user_err @if(dstTypeLen>4) 跳转到Lget_user_err
4:  ldrt   r3, [r1], #0
5:  str    r3, [r0], #0
.Lget_user_return:	@返回锚点
    ldmia   sp!, {
     r0, r1, r2, r3, lr} 	@保存的内容出栈,恢复各寄存器值
    mov     r0, 0	@r0保存返回值为0
    bx      lr	@跳回调用函数继续执行,_arm_get_user到此结束!
.Lget_user_err:
    ldmia   sp!, {
     r0, r1, r2, r3, lr}	@保存的内容出栈,恢复各寄存器值
    mov     r0, #-14	@r0保存返回值为-14	
    bx      lr	@跳回调用函数继续执行,_arm_get_user到此结束!

.pushsection __exc_table, "a"
    .long   0b,  .Lget_user_err
    .long   1b,  .Lget_user_err
    .long   2b,  .Lget_user_err
    .long   3b,  .Lget_user_err
    .long   4b,  .Lget_user_err
    .long   5b,  .Lget_user_err
.popsection

解读

• 用户空间和内核空间的数据为什么需要拷贝?
  这是个经典问题,看了网上的一些回答,没毛病:

  内核不能信任任何用户空间的指针。必须对用户空间的指针指向的数据进行验证。如果只做验证不做拷贝的话，那么在随后的运行中要随时受到其它进／线程可能修改用户空间数据的威胁。所以必须做拷贝。

  在内存系列篇中已经反复的说过,每个用户进程都有自己独立的用户空间,但这个用户空间是通过MMU映射出来的,是表面上繁花似锦,背后都共用着真正的物理内存,所以在高频率的任务切换过程中,原有的用户空间地址内容很容易被覆盖掉.举个例子说明下:

  • 用户A有个美女西施放在万聪酒店21号房说要献给内核大佬,如果内核不直接把美女接回家,而仅仅是做个记录,写着西施在万聪酒店21号房,内核大佬立马跑去过,还不会错能拿对人,但如果被其他事给耽搁了呢?
  • 耽搁的这回功夫,调度算法把万聪酒店21号房给了用户B使用,当然用户B使用之前,酒店管理人员会把西施置换个地方(以至于用户A再回到酒店时,原来的东西该怎样还咋样还原). 等21号房空出来了,B肯定不知道原来的房间是A在用,而且里面曾经还过有个美女西施,更不可能晓得A把西施献给内核大佬这回事了.因为B的业务需要,很可能往21号房整了个东施进来.
  • 此时如果内核大佬事忙完了,想起用户A献美女的事了,是时候了.因为只记录了地址,直接去万聪酒店21号房抓人,可这会抓出来那是咱东施小姐呀.这可不把事给搞砸啦.
  • 所以需要跨空间拷贝,直接把美女接回家找个地方关起来先.

reset_vector_mp.S 和 reset_vector_up.S

鸿蒙开机代码根据 CPU多核还是单核分成了两个独立文件处理.
mp就是多处理器(multiprocessing)的意思:
多CPU核的操作系统3种处理模式(SMP+AMP+BMP) 鸿蒙实现的是 SMP 的方式

• 非对称多处理（Asymmetric multiprocessing，AMP）每个CPU内核
  运行一个独立的操作系统或同一操作系统的独立实例（instantiation）。

• 对称多处理（Symmetric multiprocessing，SMP）一个操作系统的实例
  可以同时管理所有CPU内核，且应用并不绑定某一个内核。

• 混合多处理（Bound multiprocessing，BMP）一个操作系统的实例可以
  同时管理所有CPU内核，但每个应用被锁定于某个指定的核心。

up(unit processing )的意思,单个CPU,虽然没mp的复杂,但文件也很大 500行汇编,一小节讲不完,需要单独的一篇专讲 reset_vector

这里只列出up情况下的开机代码

reset_vector: @鸿蒙单核cpu 开机代码
    /* do some early cpu setup: i/d cache disable, mmu disabled */
    mrc     p15, 0, r0, c1, c0, 0
    bic     r0, #(1<<12)
    bic     r0, #(1<<2 | 1<<0)
    mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 0

    /* r11: delta of physical address and virtual address */
    adr     r11, pa_va_offset
    ldr     r0, [r11]
    sub     r11, r11, r0

    /* if we need to relocate to proper location or not */
    adr     r4, __exception_handlers            /* r4: base of load address */
    ldr     r5, =SYS_MEM_BASE                   /* r5: base of physical address */
    subs    r12, r4, r5                         /* r12: delta of load address and physical address */
    beq     reloc_img_to_bottom_done            /* if we load image at the bottom of physical address */

    /* we need to relocate image at the bottom of physical address */
    ldr     r7, =__exception_handlers           /* r7: base of linked address (or vm address) */
    ldr     r6, =__bss_start                    /* r6: end of linked address (or vm address) */
    sub     r6, r7                              /* r6: delta of linked address (or vm address) */
    add     r6, r4                              /* r6: end of load address */

los_dispatch.S 和 los_hw_exc.S

异常模式处理入口和统一分发现实,之前也有提到过,很复杂,1000多行,后续单独细说实现过程.

jmp.S

两个简单的函数longjmp setjmp 的实现,加注解部分请前往
鸿蒙内核源码注解分析 查看

FUNCTION(longjmp)
        ldmfd   r0,{
     r4-r12}
        add     r0,#(4 * 9)
        ldr     r13,[r0]
        add     r0,#4
        ldr     r14,[r0]
        cmp     r1,#0
        moveq   r1,#1
        mov     r0,r1
        mov     pc,lr

FUNCTION(setjmp)
        stmea   r0,{
     r4-r12}
        add     r0,#(4 * 9)
        str     r13,[r0]
        add     r0,#4
        str     r14,[r0]
        mov     r0,#0
        mov     pc,lr

los_hw_runstop.S

    .global  OsSRSaveRegister
    .global  OsSRRestoreRegister

两个函数的汇编现实,有点复杂,后续单独说明.

cache.S

这是缓存部分的两个函数实现,此处没有加注解,试着看明白这两个函数的实现.加注解部分请前往
鸿蒙内核源码注解分析 查看

.macro  DCACHE_LINE_SIZE, reg, tmp
    mrc     p15, 0, \tmp, c0, c0, 1
    lsr     \tmp, \tmp, #16
    and     \tmp, \tmp, #0xf
    mov     \reg, #4
    mov     \reg, \reg, lsl \tmp
.endm


FUNCTION(arm_inv_cache_range)
    push    {
     r2, r3}
    DCACHE_LINE_SIZE r2, r3
    sub    r3, r2, #1
    tst    r0, r3
    bic    r0, r0, r3

    mcrne  p15, 0, r0, c7, c14, 1

    tst    r1, r3
    bic    r1, r1, r3
    mcrne  p15, 0, r1, c7, c14, 1
1:
    mcr    p15, 0,  r0, c7, c6, 1
    add    r0,  r0, r2
    cmp    r0,  r1
    blo    1b
    dsb
    pop    {
     r2, r3}
    mov    pc, lr

FUNCTION(arm_clean_cache_range)
    push   {
     r2, r3}
    DCACHE_LINE_SIZE r2, r3
    sub    r3, r2, #1
    bic    r0, r0, r3

1:
    mcr    p15, 0,  r0, c7, c10, 1
    add    r0,  r0, r2
    cmp    r0,  r1
    blo    1b
    dsb
    pop    {
     r2, r3}
    mov    pc, lr

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