arm-linux(kernel-2.6.13)的启动过程(1/2)
因为总是看别人的移植笔录很不爽。所以自己分析下启动过程。
要解决的问题:
1。汇编部分__create_page_tables创建的也表是什么样的?
2。 __mmap_switched都作了什么?
前面的文章简单的分析了下这个函数,但我并不是很清晰。这次做个了当。
.type __create_page_tables, %function
__create_page_tables:
ldr r5, [r8, #MACHINFO_PHYSRAM] @取machine_desc结构phys_ram成员,r5 = 0x30000000
pgtbl r4, r5 @ page table address r4=0x30004000
我的不是XIP,所以如下定义
.globl swapper_pg_dir
.equ swapper_pg_dir, TEXTADDR - 0x4000 这里的swapper_pg_dir:0xc0004000
.macro pgtbl, rd, phys
adr \rd, stext
sub \rd, \rd, #0x4000
.endm
虽然
. = TEXTADDR;
.init : { /* Init code and data */
_stext = .;
。。。
c0008000 :
但是这个宏跟这个地址无关,他取得stext符号位置的实际运行地址(0x30008000),然后返回rd=0x30008000-0x4000
也就是返回0x30004000。
这里的r4就是页表的基地址了,以后要把它载入到cp15的寄存器 c2(ttb base 寄存器),才能访问到页表。
/*
* Clear the 16K level 1 swapper page table
*/
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
注:0x4000=16k,把0x30004000-0x30008000这段区间清零,页表就在这个区间。
ldr r7, [r10, #PROCINFO_MMUFLAGS]
把 mmuflags放到r7
看看这个mmuflags是什么内容,涉及到页表的操作,总是很罗嗦。
在proc-arm920.S中,这个标志是这样定义的。
.long PMD_TYPE_SECT | \
PMD_SECT_BUFFERABLE | \
PMD_SECT_CACHEABLE | \
PMD_BIT4 | \
PMD_SECT_AP_WRITE | \
PMD_SECT_AP_READ
在pgtable.h中,有这些宏定义
/*
* Hardware page table definitions.
*
* + Level 1 descriptor (PMD) 这里已经说明了,用的是一级描述符。
* - common
*/
#define PMD_TYPE_SECT (2 << 0) 表示使用段(section),每个描述符描述1M大小的区间。
#define PMD_BIT4 (1 << 4) 没什么意义,只是要求为1
#define PMD_SECT_BUFFERABLE (1 << 2) 使用写缓冲
#define PMD_SECT_CACHEABLE (1 << 3) 使用读缓冲
#define PMD_SECT_AP_WRITE (1 << 10)
#define PMD_SECT_AP_READ (1 << 11) 这两个联合起来,表示可 R/W(在任何模式下)
《嵌入式开发详解》p109 中有具体的描述
/*
* Create identity mapping for first MB of kernel to
* cater for the MMU enable. This identity mapping
* will be removed by paging_init(). We use our current program
* counter to determine corresponding section base address.
*/
mov r6, pc, lsr #20 @ start of kernel section ,r6 = 30008xxx>>20 = 0x300
orr r3, r7, r6, lsl #20 @ flags + kernel base,r3= r7&0x30000000
str r3, [r4, r6, lsl #2] @ identity mapping [0x30004000+0x300<<2] = r3
r6取得物理地址的高12bit,这12bit在寻址一级描述符时,作为0x30004000-0x30008000之间的引索,然后取得一级描述符。
在一级描述符中,他还表征了每个1M内存块的起始地址。
r3中是生成的一级描述符,然后将这个一级描述符放到页目录中。
此时的映射为
虚拟地址 0x30000000-0x30100000 (1M)
| |
| |
物理地址 0x30000000-0x30100000
但是还没有生效。
/*
* Now setup the pagetables for our kernel direct
* mapped region. We round TEXTADDR down to the
* nearest megabyte boundary. It is assumed that
* the kernel fits within 4 contigous 1MB sections.
*/
add r0, r4, #(TEXTADDR & 0xff000000) >> 18 @ start of kernel
str r3, [r0, #(TEXTADDR & 0x00f00000) >> 18]!
add r3, r3, #1 << 20
str r3, [r0, #4]! @ KERNEL + 1MB
add r3, r3, #1 << 20
str r3, [r0, #4]! @ KERNEL + 2MB
add r3, r3, #1 << 20
str r3, [r0, #4] @ KERNEL + 3MB
经过上面的处理后,映射成了这样子。
虚拟地址 物理地址
0xc0000000(1M) 0x30000000
0xc0100000(1M) 0x30100000
0xc0200000(1M) 0x30200000
0xc0300000(1M) 0x30300000
可以发现,如果我们的内核代码超过了4M的话,访问会出现问题,所以 This identity mapping will be removed by paging_init().
也就是说这个映射是暂时的。
/*
* Then map first 1MB of ram in case it contains our boot params.
*/
add r0, r4, #VIRT_OFFSET >> 18
orr r6, r5, r7
str r6, [r0]
mov pc, lr
.ltorg
#define VIRT_OFFSET -1073741824 /* PAGE_OFFSET */(1G)
虚拟地址 物理地址
0xc0000000(1M) 0x30000000
这里保证了:不管你把虚拟地址改到哪里(0xa0008000)
虚拟地址 0xc0000000-0xc0100000 (1M)
| |
| |
物理地址 0x30000000-0x30100000
从虚拟地址0xc0000000开始的1M里总能访问到启动参数。这要求我们一定要把启动参数放到ram的头1M里。
struct proc_info_list {
unsigned int cpu_val;
unsigned int cpu_mask;
unsigned long __cpu_mmu_flags; /* used by head.S */
unsigned long __cpu_flush; /* used by head.S */
...
上面的代码在ram里建立了页表,只是简单前4m。0x30000000 ~ 0x30400000。此时还没有启动mmu。
head.S将按照下面的路径完成启动mmu的任务。
1。调用__cpu_flush : 对应这b __arm920_setup这段代码
2。调用__enable_mmu : 注册了r4,就是页表基址到cp15的c2。
3。__turn_mmu_on : 到这里mmu已经启动了,代码运行在虚拟地址了
4。__mmap_switched:
5。start_kernel:
2。 __mmap_switched都作了什么?
/*
* The following fragment of code is executed with the MMU on, and uses
* absolute addresses; this is not position independent.
*
* r0 = cp#15 control register
* r1 = machine ID
* r9 = processor ID
*/
.type __mmap_switched, %function
__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
ldrne fp, [r4], #4
strne fp, [r5], #4
bne 1b
mov fp, #0 @ Clear BSS (and zero fp)
1: cmp r6, r7
strcc fp, [r6],#4
bcc 1b
ldmia r3, {r4, r5, r6, sp}
str r9, [r4] @ Save processor ID
str r1, [r5] @ Save machine type
bic r4, r0, #CR_A @ Clear 'A' bit
stmia r6, {r0, r4} @ Save control register values
b start_kernel
.type __switch_data, %object
__switch_data:
.long __mmap_switched
.long __data_loc @ r4
.long __data_start @ r5
.long __bss_start @ r6
.long _end @ r7
.long processor_id @ r4
.long __machine_arch_type @ r5
.long cr_alignment @ r6
.long init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp
他根据需要,拷贝data段,清零bss段,保存r0 = cp#15 control register,r1 = machine ID,r9 = processor ID
到变量中(在setup.c中)
unsigned int processor_id;
unsigned int __machine_arch_type;
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