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详解 ARM Linux 的启动过程

分类： 嵌入式

2015-03-24 23:44:55

1. kernel运行的史前时期和内存布局

 

在 arm平台下，zImage.bin压缩镜像是由bootloader加载到物理内存，然后跳到zImage.bin里一段程序，它专门于将被压缩的 kernel解压缩到KERNEL_RAM_PADDR开始的一段内存中，接着跳进真正的kernel去执行。该kernel的执行起点是stext函 数，定义于arch/arm/kernel/head.S。

 

在分析stext函数前，先介绍此时内存的布局如下图所示

 

 

在开发板 tqs3c2440中，SDRAM连接到内存控制器的Bank6中，它的开始内存地址是0x30000000，大小为64M，即0x20000000。 ARM Linux kernel将SDRAM的开始地址定义为PHYS_OFFSET。经bootloader加载kernel并由自解压部分代码运行后，最终kernel 被放置到KERNEL_RAM_PADDR（=PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET，即0x30008000）地址上的一段内存，经此放置后，kernel代码以后均不会被移动。

 

在进入 kernel代码前，即bootloader和自解压缩阶段，ARM未开启MMU功能。因此kernel启动代码一个重要功能是设置好相应的页表，并开启 MMU功能。为了支持MMU功能，kernel镜像中的所有符号，包括代码段和数据段的符号，在链接时都生成了它在开启MMU时，所在物理内存地址映射到 的虚拟内存地址。

 

以arm kernel第一个符号（函数）stext为例，在编译链接，它生成的虚拟地址是0xc0008000，而放置它的物理地址为0x30008000（还记 得这是PHYS_OFFSET+TEXT_OFFSET吗？）。实际上这个变换可以利用简单的公式进行表示：va = pa – PHYS_OFFSET + PAGE_OFFSET。Arm linux最终的kernel空间的页表，就是按照这个关系来建立。

 

之所以较早 提及arm linux 的内存映射，原因是在进入kernel代码，里面所有符号地址值为清一色的0xCXXXXXXX地址，而此时ARM未开启MMU功能，故在执行stext 函数第一条执行时，它的PC值就是stext所在的内存地址（即物理地址，0x30008000）。因此，下面有些代码，需要使用地址无关技术。

 

2．一览stext函数

 

stext函数定义在Arch/arm/kernel/head.S，它的功能是获取处理器类型和机器类型信息，并创建临时的页表，然后开启MMU功能，并跳进第一个C语言函数start_kernel。

 

stext函数的在前置条件是：MMU, D-cache, 关闭; r0 = 0, r1 = machine nr, r2 = atags prointer.

 

代码如下：


[cpp] view plaincopy
  1.   .section ".text.head", "ax"  
  2.   
  3. (stext)  
  4.   
  5.  /* 设置CPU运行模式为SVC，并关中断 */  
  6.   
  7.   msr  cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode  
  8.   
  9.                                      @ and irqs disabled  
  10.   
  11.   mrc p15, 0, r9, c0, c0        @ get processor id  
  12.   
  13.   bl    __lookup_processor_type         @ r5=procinfo r9=cupid  
  14.   
  15. /* r10指向cpu对应的proc_info记录 */  
  16.   
  17.    movs  r10, r5                         @ invalid processor (r5=0)?  
  18.   
  19.   beq __error_p                    @ yes, error 'p'  
  20.   
  21.   bl    __lookup_machine_type            @ r5=machinfo  
  22.   
  23. /* r8 指向开发板对应的arch_info记录 */  
  24.   
  25.    movs  r8, r5                           @ invalid machine (r5=0)?  
  26.   
  27.   beq __error_a                    @ yes, error 'a'  
  28.   
  29. /* __vet_atags函数涉及bootloader造知kernel物理内存的情况，我们暂时不分析它。 */  
  30.   
  31.   bl    __vet_atags  
  32.   
  33. /*  创建临时页表 */  
  34.   
  35.   bl    __create_page_tables  
  36.   
  37.   
  38.   
  39.   /* 
  40.  
  41.    * The following calls CPU specific code in a position independent 
  42.  
  43.    * manner.  See arch/arm/mm/proc-*.S for details.  r10 = base of 
  44.  
  45.    * xxx_proc_info structure selected by __lookup_machine_type 
  46.  
  47.    * above.  On return, the CPU will be ready for the MMU to be 
  48.  
  49.    * turned on, and r0 will hold the CPU control register value. 
  50.  
  51.    */  
  52.   
  53.  /* 这里的逻辑关系相当复杂，先是从proc_info结构中的中跳进__arm920_setup函数， 
  54.  
  55.   * 然后执__enable_mmu 函数。最后在__enable_mmu函数通过mov pc, r13来执行__switch_data， 
  56.  
  57.   * __switch_data函数在最后一条语句，鱼跃龙门，跳进第一个C语言函数start_kernel。 
  58.    */  
  59.   
  60.   ldr   r13, __switch_data             @ address to jump to after  
  61.   
  62.                                      @ mmu has been enabled  
  63.   
  64.   adr  lr, __enable_mmu        @ return (PIC) address  
  65.   
  66.   add pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC  
  67.   
  68. OC(stext)  
[cpp] view plaincopy
  1.   .section ".text.head", "ax"  
  2.   
  3. (stext)  
  4.   
  5.  /* 设置CPU运行模式为SVC，并关中断 */  
  6.   
  7.   msr  cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode  
  8.   
  9.                                      @ and irqs disabled  
  10.   
  11.   mrc p15, 0, r9, c0, c0        @ get processor id  
  12.   
  13.   bl    __lookup_processor_type         @ r5=procinfo r9=cupid  
  14.   
  15. /* r10指向cpu对应的proc_info记录 */  
  16.   
  17.    movs  r10, r5                         @ invalid processor (r5=0)?  
  18.   
  19.   beq __error_p                    @ yes, error 'p'  
  20.   
  21.   bl    __lookup_machine_type            @ r5=machinfo  
  22.   
  23. /* r8 指向开发板对应的arch_info记录 */  
  24.   
  25.    movs  r8, r5                           @ invalid machine (r5=0)?  
  26.   
  27.   beq __error_a                    @ yes, error 'a'  
  28.   
  29. /* __vet_atags函数涉及bootloader造知kernel物理内存的情况，我们暂时不分析它。 */  
  30.   
  31.   bl    __vet_atags  
  32.   
  33. /*  创建临时页表 */  
  34.   
  35.   bl    __create_page_tables  
  36.   
  37.   
  38.   
  39.   /* 
  40.  
  41.    * The following calls CPU specific code in a position independent 
  42.  
  43.    * manner.  See arch/arm/mm/proc-*.S for details.  r10 = base of 
  44.  
  45.    * xxx_proc_info structure selected by __lookup_machine_type 
  46.  
  47.    * above.  On return, the CPU will be ready for the MMU to be 
  48.  
  49.    * turned on, and r0 will hold the CPU control register value. 
  50.  
  51.    */  
  52.   
  53.  /* 这里的逻辑关系相当复杂，先是从proc_info结构中的中跳进__arm920_setup函数， 
  54.  
  55.   * 然后执__enable_mmu 函数。最后在__enable_mmu函数通过mov pc, r13来执行__switch_data， 
  56.  
  57.   * __switch_data函数在最后一条语句，鱼跃龙门，跳进第一个C语言函数start_kernel。 
  58.    */  
  59.   
  60.   ldr   r13, __switch_data             @ address to jump to after  
  61.   
  62.                                      @ mmu has been enabled  
  63.   
  64.   adr  lr, __enable_mmu        @ return (PIC) address  
  65.   
  66.   add pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC  
  67.   
  68. OC(stext)  



3 __lookup_processor_type 函数

 __lookup_processor_type 函数是一个非常讲究技巧的函数，如果你将它领会，也将领会kernel了一些魔法。

Kernel 代码将所有CPU信息的定义都放到.proc.info.init段中，因此可以认为.proc.info.init段就是一个数组，每个元素都定义了一 个或一种CPU的信息。目前__lookup_processor_type使用该元素的前两个字段cpuid和mask来匹配当前CPUID，如果满足 CPUID & mask == cpuid，则找到当前cpu的定义并返回。 

下面是tqs3c2440开发板，CPU的定义信息，cpuid = 0x41009200，mask = 0xff00fff0。如果是码是运行在tqs3c2440开发板上，那么函数返回下面的定义：

 

[cpp] view plaincopy
  1.        .section ".proc.info.init", #alloc, #execinstr  
  2.   
  3.    
  4.   
  5.        .type       __arm920_proc_info,#object  
  6.   
  7. __arm920_proc_info:  
  8.   
  9.        .long       0x41009200  
  10.   
  11.        .long       0xff00fff0  
  12.   
  13.        .long   PMD_TYPE_SECT | \  
  14.   
  15.               PMD_SECT_BUFFERABLE | \  
  16.   
  17.               PMD_SECT_CACHEABLE | \  
  18.   
  19.               PMD_BIT4 | \  
  20.   
  21.               PMD_SECT_AP_WRITE | \  
  22.   
  23.               PMD_SECT_AP_READ  
  24.   
  25.        .long   PMD_TYPE_SECT | \  
  26.   
  27.               PMD_BIT4 | \  
  28.   
  29.               PMD_SECT_AP_WRITE | \  
  30.   
  31.               PMD_SECT_AP_READ  
  32.   
  33.       /* __arm920_setup函数在stext的未尾被调用，请往回看。*/  
  34.   
  35.        b     __arm920_setup  
  36.   
  37.        .long       cpu_arch_name  
  38.   
  39.        .long       cpu_elf_name  
  40.   
  41.        .long       HWCAP_SWP | HWCAP_HALF | HWCAP_THUMB  
  42.   
  43.        .long       cpu_arm920_name  
  44.   
  45.        .long       arm920_processor_functions  
  46.   
  47.        .long       v4wbi_tlb_fns  
  48.   
  49.        .long       v4wb_user_fns  
  50.   
  51. #ifndef CONFIG_CPU_DCACHE_WRITETHROUGH   
  52.   
  53.        .long       arm920_cache_fns  
  54.   
  55. #else   
  56.   
  57.        .long       v4wt_cache_fns  
  58.   
  59. #endif   
  60.   
  61.        .size __arm920_proc_info, . - __arm920_proc_info  
[cpp] view plaincopy
  1.        .section ".proc.info.init", #alloc, #execinstr  
  2.   
  3.    
  4.   
  5.        .type       __arm920_proc_info,#object  
  6.   
  7. __arm920_proc_info:  
  8.   
  9.        .long       0x41009200  
  10.   
  11.        .long       0xff00fff0  
  12.   
  13.        .long   PMD_TYPE_SECT | \  
  14.   
  15.               PMD_SECT_BUFFERABLE | \  
  16.   
  17.               PMD_SECT_CACHEABLE | \  
  18.   
  19.               PMD_BIT4 | \  
  20.   
  21.               PMD_SECT_AP_WRITE | \  
  22.   
  23.               PMD_SECT_AP_READ  
  24.   
  25.        .long   PMD_TYPE_SECT | \  
  26.   
  27.               PMD_BIT4 | \  
  28.   
  29.               PMD_SECT_AP_WRITE | \  
  30.   
  31.               PMD_SECT_AP_READ  
  32.   
  33.       /* __arm920_setup函数在stext的未尾被调用，请往回看。*/  
  34.   
  35.        b     __arm920_setup  
  36.   
  37.        .long       cpu_arch_name  
  38.   
  39.        .long       cpu_elf_name  
  40.   
  41.        .long       HWCAP_SWP | HWCAP_HALF | HWCAP_THUMB  
  42.   
  43.        .long       cpu_arm920_name  
  44.   
  45.        .long       arm920_processor_functions  
  46.   
  47.        .long       v4wbi_tlb_fns  
  48.   
  49.        .long       v4wb_user_fns  
  50.   
  51. #ifndef CONFIG_CPU_DCACHE_WRITETHROUGH  
  52.   
  53.        .long       arm920_cache_fns  
  54.   
  55. #else  
  56.   
  57.        .long       v4wt_cache_fns  
  58.   
  59. #endif  
  60.   
  61.        .size __arm920_proc_info, . - __arm920_proc_info  


 

[cpp] view plaincopy
  1. /* 
  2.  * Read processor ID register (CP#15, CR0), and look up in the linker-built 
  3.  * supported processor list.  Note that we can't use the absolute addresses 
  4.  * for the __proc_info lists since we aren't running with the MMU on 
  5.  * (and therefore, we are not in the correct address space).  We have to 
  6.  * calculate the offset. 
  7.  * 
  8.  *   r9 = cpuid 
  9.  * Returns: 
  10.  *   r3, r4, r6 corrupted 
  11.  *   r5 = proc_info pointer in physical address space 
  12.  *   r9 = cpuid (preserved) 
  13.  */   
  14. __lookup_processor_type:  
  15.       /* adr 是相对寻址，它的寻计算结果是将当前PC值加上3f符号与PC的偏移量， 
  16.        * 而PC是物理地址，因此r3的结果也是3f符号的物理地址 */  
  17.   
  18.        adr  r3, 3f  
  19.   
  20.       /* r5值为__proc_info_bein, r6值为__proc_ino_end，而r7值为.， 
  21.        * 也即3f符号的链接地址。请注意，在链接期间，__proc_info_begin和 
  22.        * __proc_info_end以及.均是链接地址，也即虚执地址。 
  23.        */  
  24.   
  25.        ldmda     r3, {r5 - r7}  
  26.   
  27.      /* r3为3f的物理地址，而r7为3f的虚拟地址。结果是r3为虚拟地址与物理地址的差值，即PHYS_OFFSET - PAGE_OFFSET。*/  
  28.   
  29.        sub  r3, r3, r7                     @ get offset between virt&phys  
  30.   
  31.      /* r5为__proc_info_begin的物理地址, 即r5指针__proc_info数组的首地址 */  
  32.   
  33.        add r5, r5, r3                     @ convert virt addresses to  
  34.   
  35.      /* r6为__proc_info_end的物理地址 */  
  36.   
  37.        add r6, r6, r3                     @ physical address space  
  38.   
  39.      /* 读取r5指向的__proc_info数组元素的CPUID和mask值 */  
  40.   
  41. 1:    ldmia      r5, {r3, r4}                  @ value, mask  
  42.   
  43.      /* 将当前CPUID和mask相与，并与数组元素中的CPUID比较是否相同 
  44.       * 若相同，则找到当前CPU的__proc_info定义，r5指向访元素并返回。 
  45.       */  
  46.   
  47.        and  r4, r4, r9                     @ mask wanted bits  
  48.   
  49.        teq  r3, r4  
  50.   
  51.        beq 2f  
  52.   
  53.      /* r5指向下一个__proc_info元素 */  
  54.   
  55.        add r5, r5, #PROC_INFO_SZ        @ sizeof(proc_info_list)  
  56.   
  57.      /* 是否遍历完所有__proc_info元素 */  
  58.   
  59.        cmp r5, r6  
  60.   
  61.        blo  1b  
  62.   
  63.      /* 找不到则返回NULL */  
  64.   
  65.        mov r5, #0                          @ unknown processor  
  66.   
  67. 2:    mov pc, lr  
  68.   
  69. ENDPROC(__lookup_processor_type)  
  70.   
  71.        .long       __proc_info_begin  
  72.        .long       __proc_info_end  
  73. 3:    .long       .  
  74.        .long       __arch_info_begin  
  75.        .long       __arch_info_end  
[cpp] view plaincopy
  1. /* 
  2.  * Read processor ID register (CP#15, CR0), and look up in the linker-built 
  3.  * supported processor list.  Note that we can't use the absolute addresses 
  4.  * for the __proc_info lists since we aren't running with the MMU on 
  5.  * (and therefore, we are not in the correct address space).  We have to 
  6.  * calculate the offset. 
  7.  * 
  8.  *   r9 = cpuid 
  9.  * Returns: 
  10.  *   r3, r4, r6 corrupted 
  11.  *   r5 = proc_info pointer in physical address space 
  12.  *   r9 = cpuid (preserved) 
  13.  */   
  14. __lookup_processor_type:  
  15.       /* adr 是相对寻址，它的寻计算结果是将当前PC值加上3f符号与PC的偏移量， 
  16.        * 而PC是物理地址，因此r3的结果也是3f符号的物理地址 */  
  17.   
  18.        adr  r3, 3f  
  19.   
  20.       /* r5值为__proc_info_bein, r6值为__proc_ino_end，而r7值为.， 
  21.        * 也即3f符号的链接地址。请注意，在链接期间，__proc_info_begin和 
  22.        * __proc_info_end以及.均是链接地址，也即虚执地址。 
  23.        */  
  24.   
  25.        ldmda     r3, {r5 - r7}  
  26.   
  27.      /* r3为3f的物理地址，而r7为3f的虚拟地址。结果是r3为虚拟地址与物理地址的差值，即PHYS_OFFSET - PAGE_OFFSET。*/  
  28.   
  29.        sub  r3, r3, r7                     @ get offset between virt&phys  
  30.   
  31.      /* r5为__proc_info_begin的物理地址, 即r5指针__proc_info数组的首地址 */  
  32.   
  33.        add r5, r5, r3                     @ convert virt addresses to  
  34.   
  35.      /* r6为__proc_info_end的物理地址 */  
  36.   
  37.        add r6, r6, r3                     @ physical address space  
  38.   
  39.      /* 读取r5指向的__proc_info数组元素的CPUID和mask值 */  
  40.   
  41. 1:    ldmia      r5, {r3, r4}                  @ value, mask  
  42.   
  43.      /* 将当前CPUID和mask相与，并与数组元素中的CPUID比较是否相同 
  44.       * 若相同，则找到当前CPU的__proc_info定义，r5指向访元素并返回。 
  45.       */  
  46.   
  47.        and  r4, r4, r9                     @ mask wanted bits  
  48.   
  49.        teq  r3, r4  
  50.   
  51.        beq 2f  
  52.   
  53.      /* r5指向下一个__proc_info元素 */  
  54.   
  55.        add r5, r5, #PROC_INFO_SZ        @ sizeof(proc_info_list)  
  56.   
  57.      /* 是否遍历完所有__proc_info元素 */  
  58.   
  59.        cmp r5, r6  
  60.   
  61.        blo  1b  
  62.   
  63.      /* 找不到则返回NULL */  
  64.   
  65.        mov r5, #0                          @ unknown processor  
  66.   
  67. 2:    mov pc, lr  
  68.   
  69. ENDPROC(__lookup_processor_type)  
  70.   
  71.        .long       __proc_info_begin  
  72.        .long       __proc_info_end  
  73. 3:    .long       .  
  74.        .long       __arch_info_begin  
  75.        .long       __arch_info_end  
 

4 __lookup_machine_type 函数

__lookup_machine_type 和__lookup_processor_type像对孪生兄弟，它们的行为都是很类似的：__lookup_machine_type根据r1寄存器的 机器编号到.arch.info.init段的数组中依次查找机器编号与r1相同的记录。它使了与它孪生兄弟同样的手法进行虚拟地址到物理地址的转换计 算。

 

在介绍函数，我们先分析tqs3c2440开发板的机器信息的定义：

[cpp] view plaincopy
  1. Arch/arm/include/asm/mach/arch.h   
  2.   
  3. #define MACHINE_START(_type,_name)                  \   
  4.   
  5. static const struct machine_desc __mach_desc_##_type      \  
  6.   
  7.  __used                                           \  
  8.   
  9.  __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = { \  
  10.   
  11.        .nr          = MACH_TYPE_##_type,              \  
  12.   
  13.        .name            = _name,  
  14.   
  15.    
  16.   
  17. #define MACHINE_END                       \   
  18.   
  19. };  
[cpp] view plaincopy
  1. Arch/arm/include/asm/mach/arch.h   
  2.   
  3. #define MACHINE_START(_type,_name)                  \  
  4.   
  5. static const struct machine_desc __mach_desc_##_type      \  
  6.   
  7.  __used                                           \  
  8.   
  9.  __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = { \  
  10.   
  11.        .nr          = MACH_TYPE_##_type,              \  
  12.   
  13.        .name            = _name,  
  14.   
  15.    
  16.   
  17. #define MACHINE_END                       \  
  18.   
  19. };  


 

MACHINE_START宏用于定义一个.arch.info.init段的数组元素。.nr元素就是函数要比较的变量。Tqs3c2440开发板相应的定义如下：

 

[cpp] view plaincopy
  1. MACHINE_START(S3C2440, "TQ2440")  
  2.   
  3.        .phys_io = S3C2410_PA_UART,  
  4.   
  5.        .io_pg_offst   = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,  
  6.   
  7.        .boot_params       = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,  
  8.   
  9.    
  10.   
  11.        .init_irq   = s3c24xx_init_irq,  
  12.   
  13.        .map_io         = tq2440_map_io,  
  14.   
  15.        .init_machine  = tq2440_machine_init,  
  16.   
  17.        .timer             = &s3c24xx_timer,  
  18.   
  19. MACHINE_END  
[cpp] view plaincopy
  1. MACHINE_START(S3C2440, "TQ2440")  
  2.   
  3.        .phys_io = S3C2410_PA_UART,  
  4.   
  5.        .io_pg_offst   = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,  
  6.   
  7.        .boot_params       = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,  
  8.   
  9.    
  10.   
  11.        .init_irq   = s3c24xx_init_irq,  
  12.   
  13.        .map_io         = tq2440_map_io,  
  14.   
  15.        .init_machine  = tq2440_machine_init,  
  16.   
  17.        .timer             = &s3c24xx_timer,  
  18.   
  19. MACHINE_END  


 

这是一个struct machine_desc结构，在后面的C代码（start_kernel开始执行的代码）会使用该变量对象。在tqs3c2440开发中的__lookup_machine_type函数就是返回该对象指针。

这里涉及很多函数指针，它们都是在start_kernel函数里在各种阶段进行初始化的回函数。如map_io指向的tq2440_map_io就是在建立好内核页表后，再调用它来针对开发板的各种IO端口来建立相关的映射和页表。

至于__loopup_machine_type的代码就不作详细分析，请对比__lookup_processor_type来自行分析。代码如下：

 

[cpp] view plaincopy
  1. /* 
  2.  
  3.  * Lookup machine architecture in the linker-build list of architectures. 
  4.  
  5.  * Note that we can't use the absolute addresses for the __arch_info 
  6.  
  7.  * lists since we aren't running with the MMU on (and therefore, we are 
  8.  
  9.  * not in the correct address space).  We have to calculate the offset. 
  10.  
  11.  * 
  12.  
  13.  *  r1 = machine architecture number 
  14.  
  15.  * Returns: 
  16.  
  17.  *  r3, r4, r6 corrupted 
  18.  
  19.  *  r5 = mach_info pointer in physical address space 
  20.  
  21.  */  
  22.   
  23. __lookup_machine_type:  
  24.   
  25.        adr  r3, 3b  
  26.   
  27.        ldmia      r3, {r4, r5, r6}  
  28.   
  29.        sub  r3, r3, r4                     @ get offset between virt&phys  
  30.   
  31.        add r5, r5, r3                     @ convert virt addresses to  
  32.   
  33.        add r6, r6, r3                     @ physical address space  
  34.   
  35. 1:    ldr   r3, [r5, #MACHINFO_TYPE] @ get machine type  
  36.   
  37.        teq  r3, r1                           @ matches loader number?  
  38.   
  39.        beq 2f                         @ found  
  40.   
  41.        add r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC     @ next machine_desc  
  42.   
  43.        cmp r5, r6  
  44.   
  45.        blo  1b  
  46.   
  47.        mov r5, #0                          @ unknown machine  
  48.   
  49. 2:    mov pc, lr  
  50.   
  51. ENDPROC(__lookup_machine_type)  
[cpp] view plaincopy
  1. /* 
  2.  
  3.  * Lookup machine architecture in the linker-build list of architectures. 
  4.  
  5.  * Note that we can't use the absolute addresses for the __arch_info 
  6.  
  7.  * lists since we aren't running with the MMU on (and therefore, we are 
  8.  
  9.  * not in the correct address space).  We have to calculate the offset. 
  10.  
  11.  * 
  12.  
  13.  *  r1 = machine architecture number 
  14.  
  15.  * Returns: 
  16.  
  17.  *  r3, r4, r6 corrupted 
  18.  
  19.  *  r5 = mach_info pointer in physical address space 
  20.  
  21.  */  
  22.   
  23. __lookup_machine_type:  
  24.   
  25.        adr  r3, 3b  
  26.   
  27.        ldmia      r3, {r4, r5, r6}  
  28.   
  29.        sub  r3, r3, r4                     @ get offset between virt&phys  
  30.   
  31.        add r5, r5, r3                     @ convert virt addresses to  
  32.   
  33.        add r6, r6, r3                     @ physical address space  
  34.   
  35. 1:    ldr   r3, [r5, #MACHINFO_TYPE] @ get machine type  
  36.   
  37.        teq  r3, r1                           @ matches loader number?  
  38.   
  39.        beq 2f                         @ found  
  40.   
  41.        add r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC     @ next machine_desc  
  42.   
  43.        cmp r5, r6  
  44.   
  45.        blo  1b  
  46.   
  47.        mov r5, #0                          @ unknown machine  
  48.   
  49. 2:    mov pc, lr  
  50.   
  51. ENDPROC(__lookup_machine_type)  


 

5. 为kernel建立临时页表

前 面提及到，kernel里面的所有符号在链接时，都使用了虚拟地址值。在完成基本的初始化后，kernel代码将跳到第一个C语言函数 start_kernl来执行，在哪个时候，这些虚拟地址必须能够对它所存放在真正内存位置，否则运行将为出错。为此，CPU必须开启MMU，但在开启 MMU前，必须为虚拟地址到物理地址的映射建立相应的面表。在开启MMU后，kernel指并不马上将PC值指向start_kernl，而是要做一些C 语言运行期的设置，如堆栈，重定义等工作后才跳到start_kernel去执行。在此过程中，PC值还是物理地址，因此还需要为这段内存空间建立va = pa的内存映射关系。当然，本函数建立的所有页表都会在将来paging_init销毁再重建，这是临时过度性的映射关系和页表。

 

在 介绍__create_table_pages前，先认识一个macro pgtbl，它将KERNL_RAM_PADDR – 0x4000的值赋给rd寄存器，从下面的使用中可以看它，该值是页表在物理内存的基础，也即页表放在kernel开始地址下的16K的地方。

[cpp] view plaincopy
  1.    
  2.   
  3. .macro    pgtbl, rd  
  4.   
  5.        ldr   \rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000)  
  6.   
  7. .endm  
[cpp] view plaincopy
  1.    
  2.   
  3. .macro    pgtbl, rd  
  4.   
  5.        ldr   \rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000)  
  6.   
  7. .endm  


 

[cpp] view plaincopy
  1. /* 
  2.  * Setup the initial page tables.  We only setup the barest 
  3.  * amount which are required to get the kernel running, which 
  4.  * generally means mapping in the kernel code. 
  5.  * 
  6.  * r8  = machinfo 
  7.  * r9  = cpuid 
  8.  * r10 = procinfo 
  9.  * 
  10.  * Returns: 
  11.  *  r0, r3, r6, r7 corrupted 
  12.  *  r4 = physical page table address 
  13.  */  
  14. __create_page_tables:  
  15.   /* r4 = KERNEL_RAM_PADDR – 0x4000 = 0x30004000 
  16.    * 后面的C代码中的swapper_pg_dir变量，它的值也指向0x30004000 
  17.    * 内存地址，不过它的值是虚拟内存地址，即0xc0004000 
  18.    */  
  19.        pgtbl       r4                         @ page table address  
  20.   
  21.    /* 将从r4到KERNEL_RAP_PADDR的16K页表空间清空。 */  
  22.   
  23.        mov r0, r4  
  24.        mov r3, #0  
  25.        add r6, r0, #0x4000  
  26.   
  27. 1:     str   r3, [r0], #4  
  28.        str   r3, [r0], #4  
  29.        str   r3, [r0], #4  
  30.        str   r3, [r0], #4  
  31.        teq  r0, r6  
  32.        bne  1b  
  33.   
  34.    
  35.      /* 还记得r10指向开发板相应的proc_info元素吗？这里它将的mm_mmuflags值读到r7中。 
  36.       * PROCINFO_MM_MMUFLAGS值为8，可对应上面列出来的__arm920_proc_info结构或你相应开发板结构的值来查看该mmu_flags值。 
  37.       * 这里的flags就是用于设置目录项的flags。查看该mmu_flags的定义，发现它是要求一级页表是section。 
  38.       */  
  39.   
  40.        ldr   r7, [r10, #PROCINFO_MM_MMUFLAGS] @ mm_mmuflags  
  41.   
  42.        /* 
  43.         * Create identity mapping for first MB of kernel to 
  44.         * cater for the MMU enable.  This identity mapping 
  45.         * will be removed by paging_init().  We use our current program 
  46.         * counter to determine corresponding section base address. 
  47.         */  
  48.   
  49.        /* r3 = ((pc >> 20) << 20) | r7， 即取PC以1M向下对齐的地址。R6 = pc >> 20也即r6 = 0x300(pgd_idx)， 
  50.         * 即PC对所有1M内存空间，在页表中的下标。                                     
  51.         * R7值表明该目录项是section，即它映射的大小是1M。故刚好一个目录项就可以映射kernel上的1M空间。 
  52.         * 这个暂时的va = pa映射只建立1M大小内存的，而不需要建立整个kernel镜像范围的映射。 
  53.         * 因为这个va = pa的映射只有当前汇编语言才使用，一量跳进start_kernl后，这将不会用到了。而汇编代码在链接时， 
  54.         * 已将它安排到代码段的最前面了。 
  55.   
  56.         mov r6, pc, lsr #20                     @ start of kernel section 
  57.         orr   r3, r7, r6, lsl #20         @ flags + kernel base 
  58.  
  59.        /* 将目录内空写到页表相应位置，即((uint32_t *)r4)[pgd_idx] = r3 */  
  60.    
  61.        str   r3, [r4, r6, lsl #2]         @ identity mapping  
  62.   
  63.    
  64.        /* 上面代码段为[pc &(~0xfffff), (pc + 0xfffff) &(~0xfffff)]的物理内存空间建立了va = pa的映射关系。*/  
  65.   
  66.        /* 下面为kernel镜像所占有空间，即KERNL_START到KERNEL_END建立内存映射， 
  67.         * 映射关系为：va = pa – PHYS + PAGR_OFFSET。注意，这里的KENEL_START是kernel空间开始的虚拟地址。 
  68.         * 这里的目录表项同样是section，即一个项映射1M的内存。 
  69.         */  
  70.   
  71.   
  72.        /* KERNEL_START = PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET， 
  73.         * r0 = ((uint32_t *)(r4))[ (KERNEL_START & 0xff000000) >> 20]， 
  74.         * 即r0指向KERNEL_START& 0xff000000(即kernel以16M向下对齐的)虚拟地址，所在项表目录中的位置。 
  75.  
  76.        add r0, r4,  #(KERNEL_START & 0xff000000) >> 18 
  77.  
  78.       /* r0 = ((uint32_t *)r0)[(KERNEL_START & 0x00f00000) >> 20] 
  79.        * 执行前r0指向kernel以16M向下对齐的虚执地址，而这里再加上KERNEL_START未以16M向对齐部分的偏移量。 
  80.        * 将原来r3的值写到页表目录中。R3的值就是之前已建立好va=pa映射的那个PA值。 
  81.        */  
  82.   
  83.        str   r3, [r0, #(KERNEL_START & 0x00f00000) >> 18]!  
  84.   
  85.       /* r6为kernel镜像的尾部虚拟地址。*/  
  86.   
  87.        ldr   r6, =(KERNEL_END - 1)  
  88.   
  89.       /* 指向下一个即将要填写的目录项 */  
  90.   
  91.        add r0, r0, #4  
  92.   
  93.       /* r6指向KERNEL_END- 1虚拟地址所在的目录表项的位置 */  
  94.   
  95.       add r6, r4, r6, lsr #18  
  96. 1:    cmp       r0, r6  
  97.   
  98.       /* 每填一个目录项，后一个比前一个所指向的物理地址大1M。*/  
  99.       add r3, r3, #1 << 20  
  100.       strls r3, [r0], #4  
  101.       bls   1b  
  102.   
  103.  #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL   
  104.        /* 忽略，不分析这种情况 */  
  105. #endif   
  106.   
  107.     /* 通常kernel的启动参数由bootloader放到了物理内存的第1个M上，所以需要为RAM上的第1个M建立映射。 
  108.      * 上面已为PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET建立了映射，如果TEXT_OFFSET小于0x00100000的话， 
  109.      * 上面代码应该也为SDRAM的第一个M建立了映射，但如果大于0x0010000则不会。 
  110.      * 所以这里无论如何均为SDRAM的第一个M建立映射（不知分析对否，还请指正）。 
  111.      */  
  112.        add r0, r4, #PAGE_OFFSET >> 18  
  113.        orr   r6, r7, #(PHYS_OFFSET & 0xff000000)  
  114.        .if    (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)  
  115.        orr   r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)  
  116.        .endif  
  117.        str   r6, [r0]  
  118.   
  119. #ifdef CONFIG_DEBUG_LL   
  120.        /*略去 */  
  121. #if defined(CONFIG_ARCH_NETWINDER) || defined(CONFIG_ARCH_CATS)   
  122.        /* 略去 */  
  123. #endif   
  124.   
  125. #ifdef CONFIG_ARCH_RPC   
  126.  /* 略去 */  
  127. #endif   
  128.   
  129. #endif   
  130.   
  131.        mov pc, lr  
  132. ENDPROC(__create_page_tables)  
[cpp] view plaincopy
  1. /* 
  2.  * Setup the initial page tables.  We only setup the barest 
  3.  * amount which are required to get the kernel running, which 
  4.  * generally means mapping in the kernel code. 
  5.  * 
  6.  * r8  = machinfo 
  7.  * r9  = cpuid 
  8.  * r10 = procinfo 
  9.  * 
  10.  * Returns: 
  11.  *  r0, r3, r6, r7 corrupted 
  12.  *  r4 = physical page table address 
  13.  */  
  14. __create_page_tables:  
  15.   /* r4 = KERNEL_RAM_PADDR – 0x4000 = 0x30004000 
  16.    * 后面的C代码中的swapper_pg_dir变量，它的值也指向0x30004000 
  17.    * 内存地址，不过它的值是虚拟内存地址，即0xc0004000 
  18.    */  
  19.        pgtbl       r4                         @ page table address  
  20.   
  21.    /* 将从r4到KERNEL_RAP_PADDR的16K页表空间清空。 */  
  22.   
  23.        mov r0, r4  
  24.        mov r3, #0  
  25.        add r6, r0, #0x4000  
  26.   
  27. 1:     str   r3, [r0], #4  
  28.        str   r3, [r0], #4  
  29.        str   r3, [r0], #4  
  30.        str   r3, [r0], #4  
  31.        teq  r0, r6  
  32.        bne  1b  
  33.   
  34.    
  35.      /* 还记得r10指向开发板相应的proc_info元素吗？这里它将的mm_mmuflags值读到r7中。 
  36.       * PROCINFO_MM_MMUFLAGS值为8，可对应上面列出来的__arm920_proc_info结构或你相应开发板结构的值来查看该mmu_flags值。 
  37.       * 这里的flags就是用于设置目录项的flags。查看该mmu_flags的定义，发现它是要求一级页表是section。 
  38.       */  
  39.   
  40.        ldr   r7, [r10, #PROCINFO_MM_MMUFLAGS] @ mm_mmuflags  
  41.   
  42.        /* 
  43.         * Create identity mapping for first MB of kernel to 
  44.         * cater for the MMU enable.  This identity mapping 
  45.         * will be removed by paging_init().  We use our current program 
  46.         * counter to determine corresponding section base address. 
  47.         */  
  48.   
  49.        /* r3 = ((pc >> 20) << 20) | r7， 即取PC以1M向下对齐的地址。R6 = pc >> 20也即r6 = 0x300(pgd_idx)， 
  50.         * 即PC对所有1M内存空间，在页表中的下标。                                     
  51.         * R7值表明该目录项是section，即它映射的大小是1M。故刚好一个目录项就可以映射kernel上的1M空间。 
  52.         * 这个暂时的va = pa映射只建立1M大小内存的，而不需要建立整个kernel镜像范围的映射。 
  53.         * 因为这个va = pa的映射只有当前汇编语言才使用，一量跳进start_kernl后，这将不会用到了。而汇编代码在链接时， 
  54.         * 已将它安排到代码段的最前面了。 
  55.   
  56.         mov r6, pc, lsr #20                     @ start of kernel section 
  57.         orr   r3, r7, r6, lsl #20         @ flags + kernel base 
  58.  
  59.        /* 将目录内空写到页表相应位置，即((uint32_t *)r4)[pgd_idx] = r3 */  
  60.    
  61.        str   r3, [r4, r6, lsl #2]         @ identity mapping  
  62.   
  63.    
  64.        /* 上面代码段为[pc &(~0xfffff), (pc + 0xfffff) &(~0xfffff)]的物理内存空间建立了va = pa的映射关系。*/  
  65.   
  66.        /* 下面为kernel镜像所占有空间，即KERNL_START到KERNEL_END建立内存映射， 
  67.         * 映射关系为：va = pa – PHYS + PAGR_OFFSET。注意，这里的KENEL_START是kernel空间开始的虚拟地址。 
  68.         * 这里的目录表项同样是section，即一个项映射1M的内存。 
  69.         */  
  70.   
  71.   
  72.        /* KERNEL_START = PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET， 
  73.         * r0 = ((uint32_t *)(r4))[ (KERNEL_START & 0xff000000) >> 20]， 
  74.         * 即r0指向KERNEL_START& 0xff000000(即kernel以16M向下对齐的)虚拟地址，所在项表目录中的位置。 
  75.  
  76.        add r0, r4,  #(KERNEL_START & 0xff000000) >> 18 
  77.  
  78.       /* r0 = ((uint32_t *)r0)[(KERNEL_START & 0x00f00000) >> 20] 
  79.        * 执行前r0指向kernel以16M向下对齐的虚执地址，而这里再加上KERNEL_START未以16M向对齐部分的偏移量。 
  80.        * 将原来r3的值写到页表目录中。R3的值就是之前已建立好va=pa映射的那个PA值。 
  81.        */  
  82.   
  83.        str   r3, [r0, #(KERNEL_START & 0x00f00000) >> 18]!  
  84.   
  85.       /* r6为kernel镜像的尾部虚拟地址。*/  
  86.   
  87.        ldr   r6, =(KERNEL_END - 1)  
  88.   
  89.       /* 指向下一个即将要填写的目录项 */  
  90.   
  91.        add r0, r0, #4  
  92.   
  93.       /* r6指向KERNEL_END- 1虚拟地址所在的目录表项的位置 */  
  94.   
  95.       add r6, r4, r6, lsr #18  
  96. 1:    cmp       r0, r6  
  97.   
  98.       /* 每填一个目录项，后一个比前一个所指向的物理地址大1M。*/  
  99.       add r3, r3, #1 << 20  
  100.       strls r3, [r0], #4  
  101.       bls   1b  
  102.   
  103.  #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL  
  104.        /* 忽略，不分析这种情况 */  
  105. #endif  
  106.   
  107.     /* 通常kernel的启动参数由bootloader放到了物理内存的第1个M上，所以需要为RAM上的第1个M建立映射。 
  108.      * 上面已为PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET建立了映射，如果TEXT_OFFSET小于0x00100000的话， 
  109.      * 上面代码应该也为SDRAM的第一个M建立了映射，但如果大于0x0010000则不会。 
  110.      * 所以这里无论如何均为SDRAM的第一个M建立映射（不知分析对否，还请指正）。 
  111.      */  
  112.        add r0, r4, #PAGE_OFFSET >> 18  
  113.        orr   r6, r7, #(PHYS_OFFSET & 0xff000000)  
  114.        .if    (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)  
  115.        orr   r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)  
  116.        .endif  
  117.        str   r6, [r0]  
  118.   
  119. #ifdef CONFIG_DEBUG_LL  
  120.        /*略去 */  
  121. #if defined(CONFIG_ARCH_NETWINDER) || defined(CONFIG_ARCH_CATS)  
  122.        /* 略去 */  
  123. #endif  
  124.   
  125. #ifdef CONFIG_ARCH_RPC  
  126.  /* 略去 */  
  127. #endif  
  128.   
  129. #endif  
  130.   
  131.        mov pc, lr  
  132. ENDPROC(__create_page_tables)  
 

一口气将__create_pages_table分析完，但里涉及的代码还是需要细细品读。尤其是右移20位和18位两个地方与页表目录项的地址关系比较复杂。执行完该函数后，虚拟内存和物理内存的映射关系如下图所示：

 

 

6. 开启MMU

 

看完页表的建立，想必开启MMU的代码也是小菜一碟吧。此函数的主要功能是将页表的基址加到cp15中的面表指针寄存器，同时设置域访问(domain access)寄存器。

 

[cpp] view plaincopy
  1. /* 
  2.  * Setup common bits before finally enabling the MMU.  Essentially 
  3.  * this is just loading the page table pointer and domain access 
  4.  * registers. 
  5.  */  
  6. __enable_mmu:  
  7.  /* 这里设置是否为非对齐内存访问产生异常 */  
  8. #ifdef CONFIG_ALIGNMENT_TRAP   
  9.        orr   r0, r0, #CR_A  
  10. #else   
  11.        bic   r0, r0, #CR_A  
  12. #endif   
  13.  /* 是否禁用数据缓存功能*/  
  14. #ifdef CONFIG_CPU_DCACHE_DISABLE   
  15.        bic   r0, r0, #CR_C  
  16. #endif   
  17.  /* 是否禁用CPU_BPREDICT ?，不是很清楚此选项 */  
  18. #ifdef CONFIG_CPU_BPREDICT_DISABLE   
  19.        bic   r0, r0, #CR_Z  
  20. #endif   
  21.  /* 是否禁用指令缓存功能 */  
  22. #ifdef CONFIG_CPU_ICACHE_DISABLE   
  23.        bic   r0, r0, #CR_I  
  24. #endif   
  25.   
  26.       /* 设置域访问寄存器的值。这里设置每个domain的属性是否上面建立的页表中， 
  27.        * 每个目录项的damon值一起进行访问控制检查。具体情况请参考ARM处理器手册。 
  28.        */  
  29.   
  30.        mov r5, #(domain_val(DOMAIN_USER, DOMAIN_MANAGER) | \  
  31.                     domain_val(DOMAIN_KERNEL, DOMAIN_MANAGER) | \  
  32.                     domain_val(DOMAIN_TABLE, DOMAIN_MANAGER) | \  
  33.                     domain_val(DOMAIN_IO, DOMAIN_CLIENT))  
  34.        mcr p15, 0, r5, c3, c0, 0           @ load domain access register  
  35.        mcr p15, 0, r4, c2, c0, 0           @ load page table pointer  
  36.        b     __turn_mmu_on  
  37. ENDPROC(__enable_mmu)  
  38.   
  39. /* 
  40.  * Enable the MMU.  This completely changes the structure of the visible 
  41.  * memory space.  You will not be able to trace execution through this. 
  42.  * If you have an enquiry about this, *please* check the linux-arm-kernel 
  43.  * mailing list archives BEFORE sending another post to the list. 
  44.  * 
  45.  *  r0  = cp#15 control register 
  46.  *  r13 = *virtual* address to jump to upon completion 
  47.  * 
  48.  * other registers depend on the function called upon completion 
  49.  */  
  50.   
  51.        .align      5  
  52. __turn_mmu_on:  
  53.        mov r0, r0  
  54.   
  55.       /* 将r0的值写到控制寄存器中。这里，终于开启MMU功能了。 
  56.        * 查阅手册说控制寄存器的0位置1表示开启MMU，但这里r0的第0是多少呢（还请大家指正） 
  57.        */  
  58.   
  59.        mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0           @ write control reg  
  60.        mrc p15, 0, r3, c0, c0, 0           @ read id reg  
  61.   
  62.      /* 这里的两个mov似乎是否流水线有关的，开启MMU语句后面几条是不能进行内存寻址的。但仍未搞明白具体东西的。*/  
  63.        mov r3, r3  
  64.        mov r3, r3  
  65.   
  66.      /* 转跳到r13的函数中去，r13为__mmap_switched函数的虚拟地址， 
  67.       * 从stext函数的未尾可以找到它的赋值。故从此开始pc的值就真正在内存的虚拟地址空间了。 
  68.       */  
  69.   
  70.        mov pc, r13  
  71. ENDPROC(__turn_mmu_on)  
[cpp] view plaincopy
  1. /* 
  2.  * Setup common bits before finally enabling the MMU.  Essentially 
  3.  * this is just loading the page table pointer and domain access 
  4.  * registers. 
  5.  */  
  6. __enable_mmu:  
  7.  /* 这里设置是否为非对齐内存访问产生异常 */  
  8. #ifdef CONFIG_ALIGNMENT_TRAP  
  9.        orr   r0, r0, #CR_A  
  10. #else  
  11.        bic   r0, r0, #CR_A  
  12. #endif  
  13.  /* 是否禁用数据缓存功能*/  
  14. #ifdef CONFIG_CPU_DCACHE_DISABLE  
  15.        bic   r0, r0, #CR_C  
  16. #endif  
  17.  /* 是否禁用CPU_BPREDICT ?，不是很清楚此选项 */  
  18. #ifdef CONFIG_CPU_BPREDICT_DISABLE  
  19.        bic   r0, r0, #CR_Z  
  20. #endif  
  21.  /* 是否禁用指令缓存功能 */  
  22. #ifdef CONFIG_CPU_ICACHE_DISABLE  
  23.        bic   r0, r0, #CR_I  
  24. #endif  
  25.   
  26.       /* 设置域访问寄存器的值。这里设置每个domain的属性是否上面建立的页表中， 
  27.        * 每个目录项的damon值一起进行访问控制检查。具体情况请参考ARM处理器手册。 
  28.        */  
  29.   
  30.        mov r5, #(domain_val(DOMAIN_USER, DOMAIN_MANAGER) | \  
  31.                     domain_val(DOMAIN_KERNEL, DOMAIN_MANAGER) | \  
  32.                     domain_val(DOMAIN_TABLE, DOMAIN_MANAGER) | \  
  33.                     domain_val(DOMAIN_IO, DOMAIN_CLIENT))  
  34.        mcr p15, 0, r5, c3, c0, 0           @ load domain access register  
  35.        mcr p15, 0, r4, c2, c0, 0           @ load page table pointer  
  36.        b     __turn_mmu_on  
  37. ENDPROC(__enable_mmu)  
  38.   
  39. /* 
  40.  * Enable the MMU.  This completely changes the structure of the visible 
  41.  * memory space.  You will not be able to trace execution through this. 
  42.  * If you have an enquiry about this, *please* check the linux-arm-kernel 
  43.  * mailing list archives BEFORE sending another post to the list. 
  44.  * 
  45.  *  r0  = cp#15 control register 
  46.  *  r13 = *virtual* address to jump to upon completion 
  47.  * 
  48.  * other registers depend on the function called upon completion 
  49.  */  
  50.   
  51.        .align      5  
  52. __turn_mmu_on:  
  53.        mov r0, r0  
  54.   
  55.       /* 将r0的值写到控制寄存器中。这里，终于开启MMU功能了。 
  56.        * 查阅手册说控制寄存器的0位置1表示开启MMU，但这里r0的第0是多少呢（还请大家指正） 
  57.        */  
  58.   
  59.        mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0           @ write control reg  
  60.        mrc p15, 0, r3, c0, c0, 0           @ read id reg  
  61.   
  62.      /* 这里的两个mov似乎是否流水线有关的，开启MMU语句后面几条是不能进行内存寻址的。但仍未搞明白具体东西的。*/  
  63.        mov r3, r3  
  64.        mov r3, r3  
  65.   
  66.      /* 转跳到r13的函数中去，r13为__mmap_switched函数的虚拟地址， 
  67.       * 从stext函数的未尾可以找到它的赋值。故从此开始pc的值就真正在内存的虚拟地址空间了。 
  68.       */  
  69.   
  70.        mov pc, r13  
  71. ENDPROC(__turn_mmu_on)  


7．__mmap_switched函数

__mmap_switched函数专用来设置C语言的执行环境，比如重定位工作，堆栈，以及BSS段的清零。 

__switch_data变量先定义了一系里面处量的数据，如重定位和数据段的地址，BSS段的地址，pocessor_id和__mach_arch_type变量的地址等。

 

[cpp] view plaincopy
  1.        .type       __switch_data, %object  
  2. __switch_data:  
  3.        .long       __mmap_switched  
  4.        .long       __data_loc                  @ r4  
  5.        .long       _data                           @ r5  
  6.        .long       __bss_start                  @ r6  
  7.        .long       _end                            @ r7  
  8.        .long       processor_id               @ r4  
  9.        .long       __machine_arch_type         @ r5  
  10.        .long       __atags_pointer                  @ r6  
  11.        .long       cr_alignment                @ r7  
  12.        .long       init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp  
  13.    
  14. /* 
  15.  * The following fragment of code is executed with the MMU on in MMU mode, 
  16.  * and uses absolute addresses; this is not position independent. 
  17.  * 
  18.  *  r0  = cp#15 control register 
  19.  *  r1  = machine ID 
  20.  *  r2  = atags pointer 
  21.  *  r9  = processor ID 
  22.  */  
  23. __mmap_switched:  
  24.        adr  r3, __switch_data + 4  
  25.        /* r4 = __data_loc, r5 = _data, r6 = _bss_start, r7 = _end */  
  26.        ldmia      r3!, {r4, r5, r6, r7}  
  27.   
  28.       /* 下面这段代码类似于这段C代码, 即将整个数据段从__data_loc拷贝到_data段。 
  29.        * if (__data_loc  == _data || _data != _bass_start) 
  30.        *    memcpy(_data, __data_loc, _bss_start - _data); 
  31.        */  
  32.   
  33.        cmp      r4, r5                           @ Copy data segment if needed  
  34. 1:     cmpne    r5, r6  
  35.        ldrne       fp, [r4], #4  
  36.        strne       fp, [r5], #4  
  37.        bne  1b  
  38.   
  39.        /* 将BSS段，也即从_bss_start到_end的内存清零。 */  
  40.   
  41.        mov fp, #0                          @ Clear BSS (and zero fp)  
  42. 1:     cmp     r6, r7  
  43.        strcc       fp, [r6],#4  
  44.        bcc  1b  
  45.   
  46.    /* r4 = processor_id, 
  47.     * r5 = __machine_arch_type 
  48.     * r6 = __atags_pointer 
  49.     * r7 = cr_alignment 
  50.     * sp = init_thread_union + THREAD_START_SP 
  51.     * 为什么将栈顶指针设置为init_thread_union + THREAD_START_SP 
  52.     * init_head_union 变量是一个大小为THREAD_SIZE的union，它在编译时，放到数据段的前面。 
  53.     * 初步估计这块空间是内核堆栈。故在跳入C语言代码时，它SP的值设置为init_thread_union + THREAD_START_SP。 
  54.     * 注意THREAD_START_SP定义为THREAD_SIZE – 8，中间为什么留出8个字节呢？是与ARM的堆栈操作有关吗？ 还有用专向start_kernel函数传递参数？ 
  55.     */  
  56.    
  57.        ldmia      r3, {r4, r5, r6, r7, sp}  
  58.        str   r9, [r4]                 @ Save processor ID  
  59.        str   r1, [r5]                 @ Save machine type  
  60.        str   r2, [r6]                 @ Save atags pointer  
  61.        bic   r4, r0, #CR_A                    @ Clear 'A' bit  
  62.   
  63.     /* cr_alignment变量的后面接着放置cr_no_alignment,  
  64.      * r0为打开alignment检测时，控制寄存器的值，而r4为关闭时的值, 
  65.      * 这里分将将打开和关闭alignment检查的控制寄存器的值写到 
  66.      * cr_alignment和cr_no_alignement变量中。 
  67.      */  
  68.   
  69.        stmia      r7, {r0, r4}                  @ Save control register values  
  70.   
  71.      /* 跳到start_kernel函数，此函数代码用纯C来实现，它会调用各个平台的相关初始化函数， 
  72.       * 来实现不同平台的初始化工作。至此，arm linux的启动工作完成。 
  73.       */  
  74.   
  75.        b     start_kernel  
  76. ENDPROC(__mmap_switched)  
[cpp] view plaincopy
  1.        .type       __switch_data, %object  
  2. __switch_data:  
  3.        .long       __mmap_switched  
  4.        .long       __data_loc                  @ r4  
  5.        .long       _data                           @ r5  
  6.        .long       __bss_start                  @ r6  
  7.        .long       _end                            @ r7  
  8.        .long       processor_id               @ r4  
  9.        .long       __machine_arch_type         @ r5  
  10.        .long       __atags_pointer                  @ r6  
  11.        .long       cr_alignment                @ r7  
  12.        .long       init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp  
  13.    
  14. /* 
  15.  * The following fragment of code is executed with the MMU on in MMU mode, 
  16.  * and uses absolute addresses; this is not position independent. 
  17.  * 
  18.  *  r0  = cp#15 control register 
  19.  *  r1  = machine ID 
  20.  *  r2  = atags pointer 
  21.  *  r9  = processor ID 
  22.  */  
  23. __mmap_switched:  
  24.        adr  r3, __switch_data + 4  
  25.        /* r4 = __data_loc, r5 = _data, r6 = _bss_start, r7 = _end */  
  26.        ldmia      r3!, {r4, r5, r6, r7}  
  27.   
  28.       /* 下面这段代码类似于这段C代码, 即将整个数据段从__data_loc拷贝到_data段。 
  29.        * if (__data_loc  == _data || _data != _bass_start) 
  30.        *    memcpy(_data, __data_loc, _bss_start - _data); 
  31.        */  
  32.   
  33.        cmp      r4, r5                           @ Copy data segment if needed  
  34. 1:     cmpne    r5, r6  
  35.        ldrne       fp, [r4], #4  
  36.        strne       fp, [r5], #4  
  37.        bne  1b  
  38.   
  39.        /* 将BSS段，也即从_bss_start到_end的内存清零。 */  
  40.   
  41.        mov fp, #0                          @ Clear BSS (and zero fp)  
  42. 1:     cmp     r6, r7  
  43.        strcc       fp, [r6],#4  
  44.        bcc  1b  
  45.   
  46.    /* r4 = processor_id, 
  47.     * r5 = __machine_arch_type 
  48.     * r6 = __atags_pointer 
  49.     * r7 = cr_alignment 
  50.     * sp = init_thread_union + THREAD_START_SP 
  51.     * 为什么将栈顶指针设置为init_thread_union + THREAD_START_SP 
  52.     * init_head_union 变量是一个大小为THREAD_SIZE的union，它在编译时，放到数据段的前面。 
  53.     * 初步估计这块空间是内核堆栈。故在跳入C语言代码时，它SP的值设置为init_thread_union + THREAD_START_SP。 
  54.     * 注意THREAD_START_SP定义为THREAD_SIZE – 8，中间为什么留出8个字节呢？是与ARM的堆栈操作有关吗？ 还有用专向start_kernel函数传递参数？ 
  55.     */  
  56.    
  57.        ldmia      r3, {r4, r5, r6, r7, sp}  
  58.        str   r9, [r4]                 @ Save processor ID  
  59.        str   r1, [r5]                 @ Save machine type  
  60.        str   r2, [r6]                 @ Save atags pointer  
  61.        bic   r4, r0, #CR_A                    @ Clear 'A' bit  
  62.   
  63.     /* cr_alignment变量的后面接着放置cr_no_alignment,  
  64.      * r0为打开alignment检测时，控制寄存器的值，而r4为关闭时的值, 
  65.      * 这里分将将打开和关闭alignment检查的控制寄存器的值写到 
  66.      * cr_alignment和cr_no_alignement变量中。 
  67.      */  
  68.   
  69.        stmia      r7, {r0, r4}                  @ Save control register values  
  70.   
  71.      /* 跳到start_kernel函数，此函数代码用纯C来实现，它会调用各个平台的相关初始化函数， 
  72.       * 来实现不同平台的初始化工作。至此，arm linux的启动工作完成。 
  73.       */  
  74.   
  75.        b     start_kernel  
  76. ENDPROC(__mmap_switched)  
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