linux 内核启动过程分析
文件linux/arch/arm/boot/compressed/head.S是linux内核启动过程执行的第一个文件。
.align
start:
.type start,#function #function //type指定start这个符号是函数类型
.rept 8 //重复8次 mov r0, r0，
mov r0, r0 //空操作，让前面所取指令得以执行。
.endr
b 1f //跳转
/*
魔数0x016f2818是在bootloader中用于判断zImage的存在，
而zImage的判别的magic number为0x016f2818，这个也是内核和bootloader约定好的。
*/
.word 0x016f2818
.word start
.word _edata
////r1和r0中分别存放着由bootloader传递过来的architecture ID和指向标记列表的指针。
1: mov r7, r1
mov r8, r2
/*
这也标志着u-boot将系统完全的交给了OS，bootloader生命终止。之后会读取
cpsr并判断是否处理器处于supervisor模式——从u-boot进入kernel，系统已经处于SVC32模式；
而利用angel进入则处于user模式，还需要额外两条指令。之后是再次确认中断关闭，并完成cpsr写入
*/
#ifndef __ARM_ARCH_2__
mrs r2, cpsr @ get current mode
tst r2, #3 @ not user?
bne not_angel
mov r0, #0x17 //0x17是angel_SWIreason_EnterSVC半主机操作
swi 0x123456 //0x123456是arm指令集的半主机操作编号
not_angel:
mrs r2, cpsr
orr r2, r2, #0xc0
msr cpsr_c, r2 ////这里将cpsr中I、F位分别置“1”，关闭IRQ和FIQ
#else
teqp pc, #0x0c000003 @ turn off interrupts
#endif
/*
LC0表是链接文件arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds
（这个lds文件是由arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds.in生成的）的各段入口。
ENTRY(_start)
SECTIONS
{
/DISCARD/ : {
*(.ARM.exidx*)
*(.ARM.extab*)
}
. = TEXT_START;
_text = .;
.text : {
………………
｝
展开如下表：
假定zImage在内存中的初始地址为0x30008000(这个地址由bootloader决定，位置不固定)1、初始状态
*/
.text
//指令adr是基于PC的值来获取标号LC0 的地址的，由于内核已被搬移，标号LC0的地址不是以地址0为偏移的
//这中间就存在一个固定的地址偏移，在s3c2410中是0x30008000.
adr r0, LC0
ldmia r0, {r1, r2, r3, r4, r5, r6, ip, sp}
subs r0, r0, r1 //这里获得当前运行地址与链接地址的偏移量，存入r0中为0x30008000.
//如果不需要重定位，即内核没有进行过搬移，就跳转。如果内核代码是存于NANDflash中的
//是需要搬移的。
beq not_relocated
add r5, r5, r0 //修改内核映像基地址此时r5=0x30008000
add r6, r6, r0 //修改got表的起始和结束位置
add ip, ip, r0
#ifndef CONFIG_ZBOOT_ROM
//S3C2410平台是需要一下调整的，将bss段以及堆栈的地址都进行调整
add r2, r2, r0
add r3, r3, r0
add sp, sp, r0
//修改GOT（全局偏移表）表。根据当前的运行地址，修正该表
1: ldr r1, [r6, #0] @ relocate entries in the GOT
add r1, r1, r0 @ table. This fixes up the
str r1, [r6], #4 @ C references.
cmp r6, ip
blo 1b
#else
//S3C2410平台不会进入该分支，只对got表中在bss段以外的符号进行重定位
1: ldr r1, [r6, #0] @ relocate entries in the GOT
cmp r1, r2 @ entry < bss_start ||
cmphs r3, r1 @ _end < entry
addlo r1, r1, r0 @ table. This fixes up the
str r1, [r6], #4 @ C references.
cmp r6, ip
blo 1b
#endif
//下面的代码，如果运行当前运行地址和链接地址相等，则不需进行重定位。直接清除bss段
not_relocated: mov r0, #0
1: str r0, [r2], #4 //清BSS段，所有的arm程序都需要做这些的
str r0, [r2], #4
str r0, [r2], #4
str r0, [r2], #4
cmp r2, r3
blo 1b
bl cache_on //打开cache
mov r1, sp @ malloc space above stack
add r2, sp, #0x10000 //分配一段解压函数需要的内存缓冲
/*
head.S调用misc.c中的decompress_kernel刚解压完内核后，还没有进行重定位。
*/
cmp r4, r2
//r4为内核执行地址，此时为0X30008000，r2此时为用户栈定，即解压函数所需内存缓冲的开始处，
//显然r4 < r2所以不会跳转。
bhs wont_overwrite
sub r3, sp, r5 //r5是内核映像的开始地址0X30008000，sp为用户栈的栈顶，他们之差就是映像大小。
//将这个大小值乘以4，因为映像解压后不会超过解压前的4倍大小。
//r4为解压后内核开始地址，此时为0X30008000，r5为解压前映存放的开始位置，此时也为0X30008000。
//下面的判断是，看解压后的内核是不是会覆盖未解压的映像。显然是覆盖的，所以是不会跳转的。
add r0, r4, r3, lsl #2
cmp r0, r5
bls wont_overwrite
mov r5, r2 //此时r2为解压函数缓冲区的尾部地址。
mov r0, r5 //r0为映像解压后存放的起始地址，解压后的内核就紧接着存放在解压函数缓冲区的尾部。
mov r3, r7 //r7中存放的是architecture ID，对于SMDK2410这个值为193；
/*
解压函数是用C语言实现的在文件arch/arm/boot/compressed/misc.c中。
解压函数的是个参数是有r0~r3传入的。r0~r3的值在上面已初始化，再对照上面表格就很清楚了。
decompress_kernel(ulg output_start, ulg free_mem_ptr_p, ulg free_mem_ptr_end_p,int arch_id)
output_start：指解压后内核输出的起始位置，此时它的值参考上面的图表，紧接在解压缓冲区后；
free_mem_ptr_p：解压函数需要的内存缓冲开始地址；
ulg free_mem_ptr_end_p：解压函数需要的内存缓冲结束地址，共64K；
arch_id ：architecture ID，对于SMDK2410这个值为193；
*/
bl decompress_kernel
//解压完毕后，内核长度返回值存放在r0寄存器里。在内核末尾空出128字节的栈空间用，
//并且使其长度128字节对齐。
add r0, r0, #127 + 128
bic r0, r0, #127
/*
* r0 = 解压后内核的长度
* r1-r3 = 没使用
* r4 = 内核执行地址
* r5 = 解压后内核的起始地址，如上面初始化 mov r5, r2
* r6 = 处理器ID
* r7 = 体系结构 ID
* r8 = 标记列表地址
* r9-r14 = corrupted
*/
/*
上面只是将内核临时解压到了一个位置，下面还要将它重定位到0X30008000处。
标号reloc_start下面有一段重定位内核的程序。为了在内核重定位的过程中不至于将这段用于
重定位的代码给覆盖了，就先将这段用于内核重定位的代码搬到另一个地方，如下表。
*/
add r1, r5, r0 //r1就是解压后内核代码的结束位置，下面就是将这段重定位代码搬移到r1地址处。
adr r2, reloc_start //重定位代码起始地址
ldr r3, LC1 //用于内核重定位的代码的长度
add r3, r2, r3 //重定位代码的结束地址
1: ldmia r2!, {r9 - r14} //将这段重定位代码搬移到r1地址处，如上表。
stmia r1!, {r9 - r14}
ldmia r2!, {r9 - r14}
stmia r1!, {r9 - r14}
cmp r2, r3
blo 1b
add sp, r1, #128 //改变堆栈指针位置。
//搬移完成后刷新cache，因为代码地址变化了不能让cache再命中被内核覆盖的老地址。
bl cache_clean_flush
add pc, r5, r0 //r0 + r5 就是被搬移后的内核重定位代码的开始位置，reloc_start。下面将会讲到。
//如果内核映像没有被bootloader搬移过，上面程序就会跳到此处。
wont_overwrite: mov r0, r4
mov r3, r7
bl decompress_kernel
b call_kernel
//这个表与文件arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S
//这个lds文件是由arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds.in生成的）
.type LC0, #object //
LC0: .word LC0 @ r1
.word __bss_start @ r2
.word _end @ r3
.word zreladdr @ r4
.word _start @ r5
.word _got_start @ r6
.word _got_end @ ip
.word user_stack+4096 @ sp
LC1: .word reloc_end - reloc_start
.size LC0, . - LC0
下面是将解压后的内核代码重定位。
//将解压后的内核代码搬到0X30008000处。
.align 5
reloc_start: add r9, r5, r0 // r0 + r5就是解压后内核代码的结束位置加128字节栈空间。
sub r9, r9, #128 @ do not copy the stack
debug_reloc_start
mov r1, r4 //r4为内核执行地址，即为0X30008000。
1:
.rept 4 //将解压后的内核搬到r1处，即0X30008000处。
ldmia r5!, {r0, r2, r3, r10 - r14} @ relocate kernel
stmia r1!, {r0, r2, r3, r10 - r14}
.endr
cmp r5, r9
blo 1b
add sp, r1, #128 @ relocate the stack
debug_reloc_end
//清除并关闭cache，清零r0，将machine ID存入r1，atags指针存入r2，再跳入0x30008000执行真正的内核Image
call_kernel: bl cache_clean_flush
bl cache_off
mov r0, #0 @ must be zero
mov r1, r7 @ restore architecture number
mov r2, r8 @ restore atags pointer
mov pc, r4 @ call kernel
//内核映像zImage的组成，它是由一个压缩后的内核piggy.o，连接上一段初始化及解压功能的代码
//（head.o misc.o）,组成的。
//此时内核解压已经完成。内核启动要执行的第二个文件就是arch/arm/kernel/head.S文件。
linux/arch/arm/kernel/head.S 是 linux内核映像解压后执行的第一个文件。
// PAGE_OFFSET = 0xc0000000; TEXT_OFFSET = 0x00008000;
// PHYS_OFFSET = 0x30000000;
#define KERNEL_RAM_VADDR (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)
#define KERNEL_RAM_PADDR (PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET)
/*
链接脚本文件 arch/arm/kernel/vmlinux.lds 指定了编译时程序段存放的位置。
SECTIONS
{
#ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
. = XIP_VIRT_ADDR(CONFIG_XIP_PHYS_ADDR);
#else
. = PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET;
#endif
.text.head : {
_stext = .;
_sinittext = .;
*(.text.head)
}
.init : {
……………………
}
*/
.section ".text.head", "ax"
ENTRY(stext)
msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE // 禁止 FIQ 、 IRQ ，设定 SVC 模式
mrc p15, 0, r9, c0, c0 @ 获取 processor id
/* 判断 CPU 类型，查找运行的 CPU ID 值与 Linux 编译支持的 ID 值是否支持 */
bl __lookup_processor_type @ r5=procinfo r9=cpuid
movs r10, r5 @ invalid processor (r5=0)?
// /* 判断如果 r10 的值为 0 ，跳转到出错处理， */
beq __error_p @ yes, error 'p'
// 查询machine ID 并检查合法性
bl __lookup_machine_type @ r5=machinfo
movs r8, r5 @ invalid machine (r5=0)?
beq __error_a @ yes, error 'a'
bl __vet_atags // 检查 bootloader传入的参数列表 atags 的 合法性
bl __create_page_tables // 创建初始页表
ldr r13, __switch_data //将列表 __switch_data 存到 r13中后面会跳到该列表出
adr lr, __enable_mmu //将程序段 __enable_mmu 的地址存到 lr中。
//此命令将导致程序段 __arm920_setup 的执行，后面会将到。
// r10中存放的基 地址是从 __lookup_processor_type 中得到的 ，如上面 movs r10, r5
add pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC
ENDPROC(stext)
接下来将对上面遇到的几个程序段展开分析。
__lookup_processor_type
/**********************************************************************/
在讲解该程序段之前先来看一些相关知识。
内核做支持的每一种CPU 类型都由结构体 proc_info_list 来描述。
该结构体在文件arch/arm/include/asm/procinfo.h 中定义：
struct proc_info_list {
unsigned int cpu_val;
unsigned int cpu_mask;
unsigned long __cpu_mm_mmu_flags; /* used by head.S */
unsigned long __cpu_io_mmu_flags; /* used by head.S */
unsigned long __cpu_flush; /* used by head.S */
const char *arch_name;
const char *elf_name;
unsigned int elf_hwcap;
const char *cpu_name;
struct processor *proc;
struct cpu_tlb_fns *tlb;
struct cpu_user_fns *user;
struct cpu_cache_fns *cache;
};
对于 arm920 来说，其对应结构体在文件 linux/arch/arm/mm/proc-arm920.S 中
初始化。
.section ".proc.info.init", #alloc, #execinstr
.type __arm920_proc_info,#object
__arm920_proc_info:
.long 0x41009200
.long 0xff00fff0
.long PMD_TYPE_SECT | /
PMD_SECT_BUFFERABLE | /
PMD_SECT_CACHEABLE | /
PMD_BIT4 | /
PMD_SECT_AP_WRITE | /
PMD_SECT_AP_READ
.long PMD_TYPE_SECT | /
PMD_BIT4 | /
PMD_SECT_AP_WRITE | /
PMD_SECT_AP_READ
b __arm920_setup
………………………………
.section ".proc.info.init"表明了该结构在编译后存放的位置。
在链接文件 arch/arm/kernel/vmlinux.lds 中：
SECTIONS
{
#ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
. = XIP_VIRT_ADDR(CONFIG_XIP_PHYS_ADDR);
#else
. = PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET;
#endif
.text.head : {
_stext = .;
_sinittext = .;
*(.text.head)
}
.init : { /* Init code and data */
INIT_TEXT
_einittext = .;
__proc_info_begin = .;
*(.proc.info.init)
__proc_info_end = .;
__arch_info_begin = .;
*(.arch.info.init)
__arch_info_end = .;
__tagtable_begin = .;
*(.taglist.init)
__tagtable_end = .;
………………………………
｝
所有CPU类型对应的被初始化的 proc_info_list结构体都放在 __proc_info_begin
和__proc_info_end之间。
__lookup_processor_type:
// r3存储的是标号 3 的物理地址（由于没有启用 mmu ，所以当前肯定是物理地址）
adr r3, 3f
// R5=__proc_info_begin，r6=__proc_info_end，r 7=标号3处的虚拟地址。
ldmda r3, {r5 - r7}
sub r3, r3, r7 // 得到虚拟地址和物理地址之间的offset
add r5, r5, r3 // 利用offset ，将 r5 和 r6 中保存的虚拟地址转变为物理地址
add r6, r6, r3 @ physical address space
1: ldmia r5, {r3, r4} // r3= cpu_val , r4= cpu_mask ,
and r4, r4, r9 //r9 中存放的是先前读出的 processor ID ，此处屏蔽不需要的位。
// // 查看代码和CPU 硬件是否匹配（ 比如 想在arm920t 上运行为 cortex-a8 编译的内核？不让！）
teq r3, r4
beq 2f //如果匹配成功就返回
// PROC_INFO_SZ (proc_info_list 结构的长度，在这等于 48) ， 跳到下一个 proc_info_list 处
add r5, r5, #PROC_INFO_SZ
//判断是否已经到了结构体 proc_info_list 存放区域的末尾 __proc_info_end ，
cmp r5, r6
blo 1b
//如果没有匹配成功就将r5清零，如果匹配成功r5中放的是该CPU类型对应的结构体// proc_info_list 的基地址。
mov r5, #0
2: mov pc, lr //子程序返回。
ENDPROC(__lookup_processor_type)
.long __proc_info_begin
.long __proc_info_end
3: .long .
.long __arch_info_begin
.long __arch_info_end
/**********************************************************************/
__lookup_machine_type
/**********************************************************************/
每一个CPU 平台都可能有其不一样的结构体，描述这个平台的结构体是 machine_desc 。
这个结构体在文件arch/arm/include/asm/mach/arch.h 中定义：
struct machine_desc {
unsigned int nr; /* architecture number */
unsigned int phys_io; /* start of physical io */
………………………………
};
对于平台smdk2410 来说其对应 machine_desc 结构在文件
linux/arch/arm/mach-s3c2410/mach-smdk2410.c中初始化：
MACHINE_START(SMDK2410, "SMDK2410")
.phys_io = S3C2410_PA_UART,
.io_pg_offst = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,
.boot_params = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,
.map_io = smdk2410_map_io,
.init_irq = s3c24xx_init_irq,
.init_machine = smdk2410_init,
.timer = &s3c24xx_timer,
MACHINE_END
对于宏MACHINE_START 在文件 arch/arm/include/asm/mach/arch.h 中定义：
#define MACHINE_START(_type,_name) /
static const struct machine_desc __mach_desc_##_type /
__used /
__attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = { /
.nr = MACH_TYPE_##_type, /
.name = _name,
#define MACHINE_END /
};
__attribute__((__section__(".arch.info.init")))表明该结构体在并以后存放的位置。
在链接文件 链接脚本文件 arch/arm/kernel/vmlinux.lds 中
SECTIONS
{
#ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
. = XIP_VIRT_ADDR(CONFIG_XIP_PHYS_ADDR);
#else
. = PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET;
#endif
.text.head : {
_stext = .;
_sinittext = .;
*(.text.head)
}
.init : { /* Init code and data */
INIT_TEXT
_einittext = .;
__proc_info_begin = .;
*(.proc.info.init)
__proc_info_end = .;
__arch_info_begin = .;
*(.arch.info.init)
__arch_info_end = .;
………………………………
｝
在__arch_info_begin和 __arch_info_end之间存放了linux内核所支持的所有平台对应的 machine_desc 结构体。
.long __proc_info_begin
.long __proc_info_end
3: .long .
.long __arch_info_begin
.long __arch_info_end
__lookup_machine_type:
adr r3, 3b // // r3存储的是标号 3 的物理地址
// // R 4 = 标号3处的虚拟地址 ，r 5 = __arch_info_begin ，r 6= __arch_info_end 。
ldmia r3, {r4, r5, r6}
sub r3, r3, r4 @ get offset between virt&phys
add r5, r5, r3 @ convert virt addresses to
add r6, r6, r3 @ physical address space
//读取 machine_desc结构的 nr 参数，对于 smdk2410 来说该值是 MACH_TYPE_SMDK2410 。
// 这个值在文件 linux/arch/arm/tools/mach-types 中：
// smdk2410 ARCH_SMDK2410 SMDK2410 193
1: ldr r3, [r5, #MACHINFO_TYPE] @ get machine type
teq r3, r1 //r1就是 bootloader 传递过来的机器码，就是上面的平台编号。
beq 2f //如果匹配成功就返回
add r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC//没匹配成功就跳到下一个结构体 machine_desc
cmp r5, r6
blo 1b
mov r5, #0 //如果匹配失败就将 r5 清零。
2: mov pc, lr //子程序返回。
ENDPROC(__lookup_machine_type)
/**********************************************************************/
__vet_atags //检查bootloader传入的参数列表atags的合法性
/**********************************************************************/
关于参数链表：
内核参数链表的格式和说明可以从内核源代码目录树中的 include/asm-arm/setup.h 中
找到，参数链表必须以ATAG_CORE 开始，以 ATAG_NONE 结束。这里的 ATAG_CORE ，
ATAG_NONE是各个参数的标记，本身是一个 32 位值，例如： ATAG_CORE=0x54410001 。
其它的参数标记还包括： ATAG_MEM32 ， ATAG_INITRD ， ATAG_RAMDISK ，
ATAG_COMDLINE 等。每个参数标记就代表一个参数结构体，由各个参数结构体构成了参
数链表。参数结构体的定义如下：
struct tag {
struct tag_header hdr;
union {
struct tag_core core;
struct tag_mem32 mem;
struct tag_videotext videotext;
struct tag_ramdisk ramdisk;
struct tag_initrd initrd;
struct tag_serialnr serialnr;
struct tag_revision revision;
struct tag_videolfb videolfb;
struct tag_cmdline cmdline;
struct tag_acorn acorn;
struct tag_memclk memclk;
} u;
};
参数结构体包括两个部分，一个是 tag_header 结构体 , 一个是 u 联合体。
tag_header结构体的定义如下：
struct tag_header {
u32 size;
u32 tag;
};
其中 size ：表示整个 tag 结构体的大小 ( 用字的个数来表示，而不是字节的个数 ) ，等于
tag_header的大小加上 u 联合体的大小，例如，参数结构体 ATAG_CORE 的
size=(sizeof(tag->tag_header)+sizeof(tag->u.core))>>2，一般通过函数 tag_size(struct * tag_xxx)
来获得每个参数结构体的 size 。其中 tag ：表示整个 tag 结构体的标记，如： ATAG_CORE
等。
__vet_atags:
tst r2, #0x3 //r2指向该参数链表的起始位置，此处判断它是否字对齐
bne 1f
ldr r5, [r2, #0] //获取第一个 tag 结构的 size
//#define ATAG_CORE_SIZE ((2*4 + 3*4) >> 2) 判断该 tag 的长度是否合法
subs r5, r5, #ATAG_CORE_SIZE
bne 1f
ldr r5, [r2, #4] //获取第一个 tag 结构体的标记，
ldr r6, =ATAG_CORE
cmp r5, r6 //判断第一个 tag 结构体的标记是不是 ATAG_CORE
bne 1f
mov pc, lr //正常退出
1: mov r2, #0
mov pc, lr //参数连表不正确
ENDPROC(__vet_atags)
/**********************************************************************/
__create_page_tables
/**********************************************************************/
.macro pgtbl, rd
ldr /rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000)
.endm
__create_page_tables:
//r4 = 0x30004000 这是转换表的物理基地址，最终将写入CP15 的寄存器 2 ， C2 。
//这个值必须是 16K 对齐的。
pgtbl r4
//为内核代码存储区域 创建页表，首先将内核起始地址-0x4000 到内核起始地址之间的 16K
// 存储器清0 ，将创建的页表存于此处。
mov r0, r4
mov r3, #0
add r6, r0, #0x4000
1: str r3, [r0], #4
str r3, [r0], #4
str r3, [r0], #4
str r3, [r0], #4
teq r0, r6
bne 1b
//从 proc_info_list结构中获取字段 __cpu_mm_mmu_flags ，该字段包含了存储空间访问权限
//等。此处指令执行之后 r7=0x 00000c 1e
ldr r7, [r10, #PROCINFO_MM_MMUFLAGS] @ mm_mmuflags
/*
此处建立一个物理地址到物理地址的平板映射，这个映射将在函数paging_init(). 被清除。
r6 = 0x300 r3 = 0x30000c1e [0x30004c00]=0x30000c1e
*/
mov r6, pc, lsr #20 @ start of kernel section
orr r3, r7, r6, lsl #20 @ flags + kernel base
str r3, [r4, r6, lsl #2] //字对齐
/*
MMU是通过 C2 中基地址（高 18 位）与虚拟地址的高 12 位组合成物理地址，在转换表中查找地址条目。 R4 中存放的就是这个基地址 0x30004000 。下面通过两次获取虚拟地址
KERNEL_START的高 12 位。 KERNEL_START 是内核存放的起始地址，为 0X30008000 。
*/
add r0, r4, #(KERNEL_START & 0xff000000) >> 18 // r0 = 0x30007000
str r3, [r0, #(KERNEL_START & 0x00f00000) >> 18]! // r0 存放的是转换表的起始位置
ldr r6, =(KERNEL_END - 1) //获取内核的尾部虚拟地址存于 r6 中
add r0, r0, #4 //第一个地址条目存放在 0x30007004 处，以后一次递增
add r6, r4, r6, lsr #18 //计算最后一个地址条目存放的位置
1: cmp r0, r6 //填充这之间的地址条目
add r3, r3, #1 << 20 //每一个地址条目代表了 1MB 空间的地址映射。物理地址将从
// 0x30100000 开始映射。0X30000000 开始的 1MB 空间将在下面映射。
strls r3, [r0], #4
bls 1b
#ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
//如果是 XIP 就进行以下映射，这只是将内核代码存储的空间重新映射，
orr r3, r7, #(KERNEL_RAM_PADDR & 0xff000000)
.if (KERNEL_RAM_PADDR & 0x00f00000)
orr r3, r3, #(KERNEL_RAM_PADDR & 0x00f00000)
.endif
add r0, r4, #(KERNEL_RAM_VADDR & 0xff000000) >> 18
str r3, [r0, #(KERNEL_RAM_VADDR & 0x00f00000) >> 18]!
ldr r6, =(_end - 1)
add r0, r0, #4
add r6, r4, r6, lsr #18
1: cmp r0, r6
add r3, r3, #1 << 20
strls r3, [r0], #4
bls 1b
#endif
/*
映射0X30000000 开始的 1MB 空间。
PAGE_OFFSET = 0XC0000000,PHYS_OFFSET = 0X30000000,
*/
//r0 = 0x30007000, 上面是从 0x3000700 4开始存放地址条目的。
add r0, r4, #PAGE_OFFSET >> 18
orr r6, r7, #(PHYS_OFFSET & 0xff000000) //r6= 0x30000c1e
.if (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)
orr r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000) //
.endif
str r6, [r0] //将 0x30000c1e 存于 0x30007000 处。
#ifdef CONFIG_DEBUG_LL //下面是为了调试而做的相关映射，跳过。
ldr r7, [r10, #PROCINFO_IO_MMUFLAGS] @ io_mmuflags
/*
* Map in IO space for serial debugging.
* This allows debug messages to be output
* via a serial console before paging_init.
*/
ldr r3, [r8, #MACHINFO_PGOFFIO]
add r0, r4, r3
rsb r3, r3, #0x4000 @ PTRS_PER_PGD*sizeof(long)
cmp r3, #0x0800 @ limit to 512MB
movhi r3, #0x0800
add r6, r0, r3
ldr r3, [r8, #MACHINFO_PHYSIO]
orr r3, r3, r7
1: str r3, [r0], #4
add r3, r3, #1 << 20
teq r0, r6
bne 1b
#if defined(CONFIG_ARCH_NETWINDER) || defined(CONFIG_ARCH_CATS)
/*
* If we're using the NetWinder or CATS, we also need to map
* in the 16550-type serial port for the debug messages
*/
add r0, r4, #0xff000000 >> 18
orr r3, r7, #0x7c000000
str r3, [r0]
#endif
#ifdef CONFIG_ARCH_RPC
/*
* Map in screen at 0x02000000 & SCREEN2_BASE
* Similar reasons here - for debug. This is
* only for Acorn RiscPC architectures.
*/
add r0, r4, #0x02000000 >> 18
orr r3, r7, #0x02000000
str r3, [r0]
add r0, r4, #0xd8000000 >> 18
str r3, [r0]
#endif
#endif
mov pc, lr //子程序返回。
ENDPROC(__create_page_tables)
/**********************************************************************/
__arm920_setup
/**********************************************************************/
在上面程序段.section ".text.head", "ax" 的最后有这样几行：
ldr r13, __switch_data @ address to jump to after
@ mmu has been enabled
adr lr, __enable_mmu @ return (PIC) address
add pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC
R10中存放的是在函数 __lookup_processor_type 中成功匹配的结构体 proc_info_list。
对于arm920 来说在文件 linux/arch/arm/mm/proc-arm920.S 中有：
.section ".proc.info.init", #alloc, #execinstr
.type __arm920_proc_info,#object
__arm920_proc_info:
.long 0x41009200
.long 0xff00fff0
.long PMD_TYPE_SECT | /
PMD_SECT_BUFFERABLE | /
PMD_SECT_CACHEABLE | /
PMD_BIT4 | /
PMD_SECT_AP_WRITE | /
PMD_SECT_AP_READ
.long PMD_TYPE_SECT | /
PMD_BIT4 | /
PMD_SECT_AP_WRITE | /
PMD_SECT_AP_READ
b __arm920_setup
………………………………
add pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC的意思跳到函数 __arm920_setup去执行。
.type __arm920_setup, #function //表明这是一个函数
__arm920_setup:
mov r0, #0 //设置 r0 为 0 。
mcr p15, 0, r0, c7, c7 //使数据 cahche, 指令 cache 无效。
mcr p15, 0, r0, c7, c10, 4 //使 write buffer 无效。
#ifdef CONFIG_MMU
mcr p15, 0, r0, c8, c7 //使数据 TLB, 指令 TLB 无效。
#endif
adr r5, arm920_crval //获取 arm920_crval 的地址，并存入 r5 。
ldmia r5, {r5, r6} //获取 arm920_crval 地址处的连续 8 字节分别存入 r5,r6 。
mrc p15, 0, r0, c1, c0 //获取 CP15 下控制寄存器的值，并存入 r0 。
//通过查看 arm920_crval 的值可知该行是清除 r0 中相关位，为以后对这些位的赋值做准备
bic r0, r0, r5
orr r0, r0, r6 //设置 r0 中的相关位，即为 mmu 做相应设置。
mov pc, lr //上面有操作 adr lr, __enable_mmu ，此处将跳到程序段 __enable_mmu 处。
.size __arm920_setup, . - __arm920_setup
.type arm920_crval, #object
arm920_crval:
crval clear=0x00003f3f, mmuset=0x00003135, ucset=0x00001130
文件linux/arch/arm/kernel/head.S 中
__enable_mmu:
#ifdef CONFIG_ALIGNMENT_TRAP
orr r0, r0, #CR_A //使能地址对齐错误检测
#else
bic r0, r0, #CR_A
#endif
#ifdef CONFIG_CPU_DCACHE_DISABLE
bic r0, r0, #CR_C //禁止数据 cache
#endif
#ifdef CONFIG_CPU_BPREDICT_DISABLE
bic r0, r0, #CR_Z
#endif
#ifdef CONFIG_CPU_ICACHE_DISABLE
bic r0, r0, #CR_I //禁止指令 cache
#endif //配置相应的访问权限并存入 r5 中
mov r5, #(domain_val(DOMAIN_USER, DOMAIN_MANAGER) | /
domain_val(DOMAIN_KERNEL, DOMAIN_MANAGER) | /
domain_val(DOMAIN_TABLE, DOMAIN_MANAGER) | /
domain_val(DOMAIN_IO, DOMAIN_CLIENT))
mcr p15, 0, r5, c3, c0, 0 //将访问权限写入协处理器
mcr p15, 0, r4, c2, c0, 0 //将页表基地址写入基址寄存器 C2 ， 0X30004000
b __turn_mmu_on //跳转到程序段去打开 MMU
ENDPROC(__enable_mmu)
文件linux/arch/arm/kernel/head.S 中
__turn_mmu_on:
mov r0, r0
mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 //打开 MMU 同时打开 cache 等。
mrc p15, 0, r3, c0, c0, 0 @ read id reg //读取 id 寄存器
mov r3, r3
mov r3, r3 //两个空操作，等待前面所取的指令得以执行。
mov pc, r13 //程序跳转，如下面解释。
ENDPROC(__turn_mmu_on)
在前面有过这样的指令操作 ldr r13, __switch_data ，
mov pc, r13 就是将跳转到 __switch_data处。
在文件linux/arch/arm/kernel/head-common.S 中：
.type __switch_data, %object //定义一个对象
__switch_data:
.long __mmap_switched //由此可知上面程序将跳转到该程序段处。
.long __data_loc @ r4
.long _data @ r5
.long __bss_start @ r6
.long _end @ r7
.long processor_id @ r4
.long __machine_arch_type @ r5
.long __atags_pointer @ r6
.long cr_alignment @ r7
.long init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp
/*
__data_loc 是数据存放的位置
_data 是数据开始的位置
__bss_start 是 bss 开始的位置
_end 是 bss 结束的位置 , 也是内核结束的位置
.data 段 , 后面的 AT(__data_loc) 的意思是这部分的内容是在 __data_loc 中存储的 ( 要注意 , 储存的位置和链接的位置是可以不相同的 ).
这几个字段在文件 arch/arm/kernel/vmlinux.lds 中指定位置如下：
SECTIONS
{
……………………
#ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
__data_loc = ALIGN(4); /* location in binary */
. = PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET;
#else
. = ALIGN(THREAD_SIZE);
__data_loc = .;
#endif
.data : AT(__data_loc) { //此处数据存储在上面__data_loc处。
_data = .; /* address in memory */
*(.data.init_task)
…………………………
.bss : {
__bss_start = .; /* BSS */
*(.bss)
*(COMMON)
_end = .;
}
………………………………
｝
init_thread_union 是 init进程的基地址. 在 arch/arm/kernel/init_task.c 中:
00033: union thread_union init_thread_union
00034: __attribute__((__section__(".init.task"))) =
00035: { INIT_THREAD_INFO(init_task) };
对照 vmlnux.lds.S 中,我们可以知道init task是存放在 .data 段的开始8k, 并且是THREAD_SIZE(8k)对齐的
*/
__mmap_switched:
adr r3, __switch_data + 4
ldmia r3!, {r4, r5, r6, r7}
cmp r4, r5 @ Copy data segment if needed
1: cmpne r5, r6 //将 __data_loc处数据搬移到 _data 处
ldrne fp, [r4], #4
strne fp, [r5], #4
bne 1b
mov fp, #0 //清除 BSS 段内容
1: cmp r6, r7
strcc fp, [r6],#4
bcc 1b
ldmia r3, {r4, r5, r6, r7, sp}
str r9, [r4] @ Save processor ID
str r1, [r5] @ Save machine type
str r2, [r6] @ Save atags pointer
bic r4, r0, #CR_A @ Clear 'A' bit
stmia r7, {r0, r4} @ Save control register values
b start_kernel //程序跳转到函数 start_kernel 进入 C 语言部分。
ENDPROC(__mmap_switched)
/**********************************************************************/