当进入linux内核后,arch/arm/kernel/head.S是内核最先执行的一个文件，包括从内核入口ENTRY(stext)到start_kernel之间的初始化代码，下面以我所使用的平台s3c2410为例，说明一下他的汇编代码：
1: __INIT
2: .type stext, %function
3: ENTRY(stext)
/* 程序状态，禁止FIQ、IRQ，设定SVC模式 */
4: msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | MODE_SVC @ ensure svc mode
@ and irqs disabled
/* 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 */
5: bl __lookup_processor_type @ r5=procinfo r9=cpuid
6: movs r10, r5 @ invalid processor (r5=0)?
/* 判断如果r10的值为0，则表示函数执行错误，跳转到出错处理，*/
7: beq __error_p @ yes, error 'p'
/* 判断体系类型，查看R1寄存器的Architecture Type值是否支持 */
8: bl __lookup_machine_type @ r5=machinfo
9: movs r8, r5 @ invalid machine (r5=0)?
/* 判断如果r8的值为0，则表示函数执行错误，跳转到出错处理，*/
10: beq __error_a @ yes, error 'a'
/* 创建核心页表 */
11: bl __create_page_tables
12: ldr r13, __switch_data @ address to jump to after
@ mmu has been enabled
13: adr lr, __enable_mmu @ return (PIC) address
14: add pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC
第4行，准备进入SVC工作模式，同时关闭中断(I_BIT)和快速中断(F_BIT)
第5行，查看处理器类型，主要是为了得到处理器的ID以及页表的flags。
第8行，查看一些体系结构的信息。
第11行，建立页表。
第14行，跳转到处理器的初始化函数，其函数地址是从__lookup_processor_type中得到的，需要注意的是第13行，当处理器初始化完成后，会直接跳转到__enable_mmu去执行，
这是由于初始化函数最后的语句是mov pc, lr。
函数__lookup_processor_type介绍：
内核中使用了一个结构struct proc_info_list，用来记录处理器相关的信息，该结构定义在
kernel/include/asm-arm/procinfo.h头文件中。
/*
* Note! struct processor is always defined if we're
* using MULTI_CPU, otherwise this entry is unused,
* but still exists.
*
* NOTE! The following structure is defined by assembly
* language, NOT C code. For more information, check:
* arch/arm/mm/proc-*.S and arch/arm/kernel/head.S
*/
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 */
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;
};
在arch/arm/mm/proc-arm920.S文件中定义了所有和arm920有关的proc_info_list，我们使用的arm920定义如下：
.section ".proc.info.init", #alloc, #execinstr
.type __arm920_proc_info,#object
__arm920_proc_info:
.long 0x41009200
.long 0xff00fff0
.
.
由于.section指示符，上面定义的__arm920_proc_info信息在编译的时候被放到了.proc.info段中，这是由linux的链接脚本文件arch/arm/kernel/vmlinux.lds指定的，参考如下：
SECTIONS
{
. = TEXTADDR;
.init : { /* Init code and data */
_stext = .;
_sinittext = .;
*(.init.text)
_einittext = .;
__proc_info_begin = .;
*(.proc.info.init)
__proc_info_end = .;
.
.
这里的符号__proc_info_begin指向.proc.info的起始地址，而符号__proc_info_end指向.proc.info的结束地址。后面就会引用这两个符号，来指向.proc.info这个段。
下面来来看看函数的源代码，为了分析方便将函数按行进行编号，其中17-18行就是前面提到的对.proc.info的引用，
第2行将19行的地址放到寄存器r3中，adr是小范围的地址读取伪指令。
第3行将r3所指向的数据区的数据读出到r5，r6，r9，执行结果是
R5=__proc_info_begin，r6=__proc_info_end，r9=第19行的地址
用仿真器查看：
r5=0xc0018664
r6=0xc0018694
r9=0xc0008324(为何是0xc0008324而不是0x30008324？？？)
第4行算出虚、实地址的偏移，
第5-6行的结果应该是r5指向__proc_info_begin的实地址，r6指向__proc_info_end的实地址。
第7行读取cpu的id，这是一个协处理器指令，将processor ID存储在r9中。
第8行将r5指向的__arm920_proc_info开始的数据读出放到寄存器r3，r4，结果r3=0x41009200 (cpu_val)，r4=0xff00fff0 (cpu_mask)。
第9-10行将读出的id和结构中的id进行比较，如果id相同则返回，返回时r9存储
processor ID，如果id不匹配，则将指针r10增加PROC_INFO_SZ (proc_info_list结构的长度，在这等于48)，如果r5小于r6指定的地址，也就是
__proc_info_end，则继续循环比较下一个proc_info_list中的id，如第11-14行的代码，如果查找到__proc_info_end，仍未找到一个匹配的id，则将r5清零并返回，如15-16行，也就是说如果函数执行成功则r5指向匹配的proc_info_list结构地址，如果函数返回错误则r5为0。
/*
* Read processor ID register (CP#15, CR0), and look up in the linker-built
* supported processor list. Note that we can't use the absolute addresses
* for the __proc_info lists since we aren't running with the MMU on
* (and therefore, we are not in the correct address space). We have to
* calculate the offset.
*
* Returns:
* r3, r4, r6 corrupted
* r5 = proc_info pointer in physical address space
* r9 = cpuid
*/
.type __lookup_processor_type, %function
1 __lookup_processor_type:
2 adr r3, 3f
3 ldmda r3, {r5, r6, r9}
4 sub r3, r3, r9 @ get offset between virt&phys
5 add r5, r5, r3 @ convert virt addresses to
6 add r6, r6, r3 @ physical address space
7 mrc p15, 0, r9, c0, c0 @ get processor id
8 1: ldmia r5, {r3, r4} @ value, mask
9 and r4, r4, r9 @ mask wanted bits
10 teq r3, r4
11 beq 2f
12 add r5, r5, #PROC_INFO_SZ @ sizeof(proc_info_list)
13 cmp r5, r6
14 blo 1b
15 mov r5, #0 @ unknown processor
16 2: mov pc, lr
/*
* Look in include/asm-arm/procinfo.h and arch/arm/kernel/arch.[ch] for
* more information about the __proc_info and __arch_info structures.
*/
17 .long __proc_info_begin
18 .long __proc_info_end
19 3: .long .
20 .long __arch_info_begin
21 .long __arch_info_end
函数__lookup_architecture_type介绍：
每个机器(一般指的是某一个电路板)都有自己的特殊结构，如物理内存地址，物理I/O地址，显存起始地址等等，
这个结构为struct machine_desc，定义在asm-arm/mach/arch.h中:
struct machine_desc {
/*
* Note! The first five elements are used
* by assembler code in head-armv.S
*/
unsigned int nr; /* architecture number */
unsigned int phys_ram; /* start of physical ram */
unsigned int phys_io; /* start of physical io */
unsigned int io_pg_offst; /* byte offset for io
* page tabe entry */
const char *name; /* architecture name*/
unsigned long boot_params; /* tagged list */
unsigned int video_start; /* start of video RAM */
unsigned int video_end; /* end of video RAM */
unsigned int reserve_lp0 :1; /* never has lp0 */
unsigned int reserve_lp1 :1; /* never has lp1 */
unsigned int reserve_lp2 :1; /* never has lp2 */
unsigned int soft_reboot :1; /* soft reboot */
void (*fixup)(struct machine_desc *,
struct tag *, char **,
struct meminfo *);
void (*map_io)(void); /* IO mapping function */
void (*init_irq)(void);
struct sys_timer *timer; /* system tick timer */
void (*init_machine)(void);
};
这个结构一般都定义在(以arm平台为例)kernel\arch\arm\mach-xxx\xxx.c中，是用宏来定义的，以s3c2410的开发板为例：
定义在kernel\arch\arm\mach-s3c2410\mach-smdk2410.c文件中，如下所示：
MACHINE_START(SMDK2410, "SMDK2410") /* @TODO: request a new identifier and switch to SMDK2410 */
/* Maintainer: Jonas Dietsche */
.phys_ram = S3C2410_SDRAM_PA,
.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 = smdk2410_init_irq,
.timer = &s3c24xx_timer,
MACHINE_END
这些宏也定义在kernel/include/asm-arm/mach/arch.h中，以MACHINE_START为例：
#define MACHINE_START(_type,_name) \
const struct machine_desc __mach_desc_##_type \
__attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = { \
.nr = MACH_TYPE_##_type, \
.name = _name,
#define MACHINE_END \
};
展开之后结构的是：
__mach_desc_SMDK2410= {
.nr = MACH_TYPE_SMDK2410,
.name = "SMDK2410",
中间的1行__attribute__((__section__(".arch.info"))) = {说明将这个结构放到指定的段.arch.info中，这和前面的
.proc.info是一个意思，__attribute__((__section__的含义参考GNU手册。后面的宏都是类似的含义，这里就不再一一介绍。
下面开始说明源码：
第1行实现r3指向3b的地址，3b如__lookup_processor_type介绍的第19行，
第3行将r3所指向的数据区的数据读出到r4，r5，r6，执行结果是
R5= __arch_info_begin，r6= __arch_info_end，r4=第19行的地址
用仿真器查看：
R5= 0xc0018694
R6= 0xc00186cc
R4= 0xc0008324 (为何是0xc0008324而不是0x30008324？？？)
第4行算出虚、实地址的偏移，
第5-6行的结果应该是r5指向__arch_info_begin的实地址，r6指向__arch_info_end的实地址。
第7行读取__mach_desc_ SMDK2410结构中的nr参数到r3中，
第8行比较r3和r1中的机器编号是否相同，
r3中的nr值MACH_TYPE_SMDK2410定义在kernel\include\asm-arm\mach-types.h中：
#define MACH_TYPE_SMDK2410 193
r1中的值是由bootloader传递过来的，这在<>中有说明，如果机器编号相同，跳到14行返回。如果不同则将地址指针增加，在跳到7行继续查找，见10--12行的代码，如果检索完所有的machine_desc仍然没有找到则将r5清零并返回。
/*
* Lookup machine architecture in the linker-build list of architectures.
* Note that we can't use the absolute addresses for the __arch_info
* lists since we aren't running with the MMU on (and therefore, we are
* not in the correct address space). We have to calculate the offset.
*
* r1 = machine architecture number
* Returns:
* r3, r4, r6 corrupted
* r5 = mach_info pointer in physical address space
*/
.type __lookup_machine_type, %function
1: __lookup_machine_type:
2: adr r3, 3b
3: ldmia r3, {r4, r5, r6}
4: sub r3, r3, r4 @ get offset between virt&phys
5: add r5, r5, r3 @ convert virt addresses to
6: add r6, r6, r3 @ physical address space
7: 1: ldr r3, [r5, #MACHINFO_TYPE] @ get machine type
8: teq r3, r1 @ matches loader number?
9: beq 2f @ found
10: add r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC @ next machine_desc
11: cmp r5, r6
12: blo 1b
13: mov r5, #0 @ unknown machine
14 2: mov pc, lr
函数__create_page_tables介绍：
假设内核起始物理地址是0x30008000，虚拟地址是0xC0008000，下面的代码是建立内核起始处4MB空间的映射，
采用了一级映射方式，即段式(section)映射方式，每段映射范围为1MB空间。于是需要建立4个表项，实现：
虚拟地址0xC0000000~0xC0300000，映射到物理地址0x30000000~0x30300000。
.macro pgtbl, reg, rambase
adr \reg, stext
sub \reg, \reg, #0x4000
.endm
.macro krnladr, rd, pgtable, rambase
bic \rd, \pgtable, #0x000ff000
.endm
/*
* Setup the initial page tables. We only setup the barest
* amount which are required to get the kernel running, which
* generally means mapping in the kernel code.
*
* r8 = machinfo
* r9 = cpuid
* r10 = procinfo
*
* Returns:
* r0, r3, r5, r6, r7 corrupted
* r4 = physical page table address
*/
.type __create_page_tables, %function
__create_page_tables:
ldr r5, [r8, #MACHINFO_PHYSRAM] @ physram r5=0x30000000
pgtbl r4, r5 @ page table address r4=0x30004000
/*
* 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
ldr r7, [r10, #PROCINFO_MMUFLAGS] @ mmuflags //r7=0x00000c1e
/*
* r7用于设置第一级表描述符之用：
* AP :11（读/写权限）
* 域 :0000
* C : 1（高速缓存）
* B : 1 （缓冲）
* bit[1 0] :10（标识此为节描述符）
*/
/*
* 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.
*
* 为以后MMU的开启准备好内存头1M空间的转换表,
* 采用平板地址映射模式(表索引==节基址)
*/
mov r6, pc, lsr #20 @ start of kernel section //r6=0x00000300
orr r3, r7, r6, lsl #20 @ flags + kernel base //r3=0x30000c1e
str r3, [r4, r6, lsl #2] @ identity mapping //[0x30004c00]=0x30000c1e
/* 结果：
* 虚拟地址 物理地址
* 0x300000000 0x30000000。
*
* 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.
*
* 为内核占用的头4M地址准备好转换表（在这采用的就不是平板地址映射模式了）
*/
add r0, r4, #(TEXTADDR & 0xff000000) >> 18 //ro=0x30007000
str r3, [r0, #(TEXTADDR & 0x00f00000) >> 18]! @ KERNEL + 0MB
add r3, r3, #1 << 20 //r3=0x30100c1e
str r3, [r0, #4]! @ KERNEL + 1MB
add r3, r3, #1 << 20 //r3=0x30200c1e
str r3, [r0, #4]! @ KERNEL + 2MB
add r3, r3, #1 << 20 //0x30300c1e
str r3, [r0, #4] @ KERNEL + 3MB
/*
* 结果：
* 虚拟地址 物理地址
0xc0000000 0x30000000
0xc0100000 0x30100000
0xc0200000 0x30200000
0xc0300000 0x30300000
*/
/*
* Then map first 1MB of ram in case it contains our boot params.
*
* 映射sdram的头1M以防boot params需要(不是已经映射过了吗？)
*/
add r0, r4, #VIRT_OFFSET >> 18 //r0=0x30007000
orr r6, r5, r7 //r6=0x30000c1e
str r6, [r0] //[0x30007000]=0x3000c1e
#ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
/*
* Map some ram to cover our .data and .bss areas.
* Mapping 3MB should be plenty.
*/
sub r3, r4, r5
mov r3, r3, lsr #20
add r0, r0, r3, lsl #2
add r6, r6, r3, lsl #20
str r6, [r0], #4
add r6, r6, #(1 << 20)
str r6, [r0], #4
add r6, r6, #(1 << 20)
str r6, [r0]
#endif
#ifdef CONFIG_DEBUG_LL
bic r7, r7, #0x0c @ turn off cacheable
@ and bufferable bits
/*
* 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, we need to map in
* the 16550-type serial port for the debug messages
*/
teq r1, #MACH_TYPE_NETWINDER
teqne r1, #MACH_TYPE_CATS
bne 1f
add r0, r4, #0xff000000 >> 18
orr r3, r7, #0x7c000000
str r3, [r0]
1:
#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
函数__mmap_switched介绍：
/*
* 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
*/
1： .type __mmap_switched, %function
2： __mmap_switched:
3： adr r3, __switch_data + 4
4： ldmia r3!, {r4, r5, r6, r7}
5： cmp r4, r5 @ Copy data segment if needed
6： 1: cmpne r5, r6
7： ldrne fp, [r4], #4
8： strne fp, [r5], #4
9： bne 1b
10： mov fp, #0 @ Clear BSS (and zero fp)
11：1: cmp r6, r7
12： strcc fp, [r6],#4
13： bcc 1b
14： ldmia r3, {r4, r5, r6, sp}
15： str r9, [r4] @ Save processor ID
16： str r1, [r5] @ Save machine type
17： bic r4, r0, #CR_A @ Clear 'A' bit
18： stmia r6, {r0, r4} @ Save control register values
19： b start_kernel
20： .type __switch_data, %object
21：__switch_data:
22： .long __mmap_switched
23： .long __data_loc @ r4
24： .long __data_start @ r5
25： .long __bss_start @ r6
26： .long _end @ r7
27： .long processor_id @ r4
28： .long __machine_arch_type @ r5
29： .long cr_alignment @ r6
30： .long init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp
程序的4行执行完成之后的结果是r4=__data_loc，r5=__data_start，r6=__bss_start，r7=_end，第10-13行将__bss_start到_end清零，定义在vmlinux.lds文件中，如下：
.bss : {
__bss_start = .; /* BSS */
*(.bss)
*(COMMON)
_end = . ;
}
第15-16行分别将处理器类型和机器类型存储到变量processor_id和__machine_arch_type中，这些变量以后会在start_kernel->setup_arch中使用，来得到当前处理器的struct proc_info_list结构和当前系统的machine_desc结构的数据。
第17-18将processor control register保存到cr_alignment中，19行跳转到init/main.c中的start_kernel进入内核启动的第二阶段。
