[Zwinger] linux 启动之 _create_page_tables

正好看了一遍这个函数，发现这个文档描述的不错！特转之！
原文中对以下部分没有给出解释:
00239:  add r0, r4,  #(TEXTADDR & 0xff000000) >> 18 @ start of kernel
00240:  str r3, [r0, #(TEXTADDR & 0x00f00000) >> 18]!
个人也很迷惑，突然明白过来，这因为操作立即数，所以有位数的限制(如果立即数的32bit都放到指令里面，那指令放到哪里呢^_^)。ARM上的限制是，这个立即数须是8位数图，也就是说只能是8bit的数，然后可以左移或者右移偶数个bit形成的数字。

当然如果是操作寄存器，那绝对没有问题！所以当操作下面这个地址的时候，就不用这么麻烦了：
00242:  ldr r6, =(_end - PAGE_OFFSET - 1) @ r6 = number of sections
00243:  mov r6, r6, lsr #20 @ needed for kernel minus 1

 

[转]

创建页表 

通过前面的两步,我们已经确定了processor type 和 machine type. 
此时,一些特定寄存器的值如下所示: 
r8 = machine info       (struct machine_desc的基地址) 
r9 = cpu id             (通过cp15协处理器获得的cpu id) 
r10 = procinfo          (struct proc_info_list的基地址) 

创建页表是通过函数 __create_page_tables 来实现的.  
这里,我们使用的是arm的L1主页表,L1主页表也称为段页表(section page table) 
L1 主页表将4 GB 的地址空间分成若干个1 MB的段(section),因此L1页表包含4096个页表项(section entry). 每个页表项是32 bits(4 bytes) 
因而L1主页表占用 4096 *4 = 16k的内存空间. 

        对于ARM926,其L1 section entry的格式为:(可参考arm926EJS TRM): 

[attach]209970[/attach] 


下面我们来分析 __create_page_tables 函数: 

         在 arch/arm/kernel/head.S 中: 

00206:  .type __create_page_tables, %function 
00207: __create_page_tables: 
00208:  pgtbl r4 @ page table address 
00209:  
00210:  /* 
00211:   * Clear the 16K level 1 swapper page table 
00212:   */ 
00213:  mov r0, r4 
00214:  mov r3, #0 
00215:  add r6, r0, #0x4000 
00216: 1: str r3, [r0], #4 
00217:  str r3, [r0], #4 
00218:  str r3, [r0], #4 
00219:  str r3, [r0], #4 
00220:  teq r0, r6 
00221:  bne 1b 
00222:  
00223:  ldr r7, [r10, #PROCINFO_MM_MMUFLAGS] @ mm_mmuflags 
00224:  
00225:  /* 
00226:   * Create identity mapping for first MB of kernel to 
00227:   * cater for the MMU enable.  This identity mapping 
00228:   * will be removed by paging_init().  We use our current program 
00229:   * counter to determine corresponding section base address. 
00230:   */ 
00231:  mov r6, pc, lsr #20 @ start of kernel section 
00232:  orr r3, r7, r6, lsl #20 @ flags + kernel base 
00233:  str r3, [r4, r6, lsl #2] @ identity mapping 
00234:  
00235:  /* 
00236:   * Now setup the pagetables for our kernel direct 
00237:   * mapped region. 
00238:   */ 
00239:  add r0, r4,  #(TEXTADDR & 0xff000000) >> 18 @ start of kernel 
00240:  str r3, [r0, #(TEXTADDR & 0x00f00000) >> 18]! 
00241:  
00242:  ldr r6, =(_end - PAGE_OFFSET - 1) @ r6 = number of sections 
00243:  mov r6, r6, lsr #20 @ needed for kernel minus 1 
00244:  
00245: 1: add r3, r3, #1 << 20 
00246:  str r3, [r0, #4]! 
00247:  subs r6, r6, #1 
00248:  bgt 1b 
00249:  
00250:  /* 
00251:   * Then map first 1MB of ram in case it contains our boot params. 
00252:   */ 
00253:  add r0, r4, #PAGE_OFFSET >> 18 
00254:  orr r6, r7, #PHYS_OFFSET 
00255:  str r6, [r0] 
         
        ... 
         
00314: mov pc, lr 
00315: .ltorg          
  
206, 207行: 函数声明 
208行: 通过宏 pgtbl 将r4设置成页表的基地址(物理地址) 
        宏pgtbl 在 arch/arm/kernel/head.S 中: 
         
        00042: .macro pgtbl, rd 
        00043: ldr \rd, =(__virt_to_phys(KERNEL_RAM_ADDR - 0x4000)) 
        00044: .endm 

        可以看到,页表是位于 KERNEL_RAM_ADDR 下面 16k 的位置 
        宏 __virt_to_phys 是在incude/asm-arm/memory.h 中: 
         
        00125: #ifndef __virt_to_phys 
        00126: #define __virt_to_phys(x) ((x) - PAGE_OFFSET + PHYS_OFFSET) 
        00127: #define __phys_to_virt(x) ((x) - PHYS_OFFSET + PAGE_OFFSET) 
        00128: #endif         
         
         
下面从213行 - 221行, 是将这16k 的页表清0. 
213行: r0 = r4, 将页表基地址存在r0中 
214行: 将 r3 置成0 
215行: r6  = 页表基地址 + 16k, 可以看到这是页表的尾地址 
216 - 221 行: 循环,从 r0 到 r6 将这16k页表用0填充. 
       
223行: 获得proc_info_list的__cpu_mm_mmu_flags的值,并存储到 r7中. (宏PROCINFO_MM_MMUFLAGS是在arch/arm/kernel/asm-offset.c中定义) 


231行: 通过pc值的高12位(右移20位),得到kernel的section,并存储到r6中.因为当前是通过运行时地址得到的kernel的section,因而是物理地址. 
232行: r3 = r7 | (r6 << 20); flags + kernel base,得到页表中需要设置的值. 
233行: 设置页表: mem[r4 + r6 * 4] = r3 
        这里,因为页表的每一项是32 bits(4 bytes),所以要乘以4(<<2). 
上面这三行,设置了kernel的第一个section(物理地址所在的page entry)的页表项 

239, 240行: TEXTADDR是内核的起始虚拟地址(0xc0008000), 这两行是设置kernel起始虚拟地址的页表项(注意,这里设置的页表项和上面的231 - 233行设置的页表项是不同的 ) 
        执行完后,r0指向kernel的第2个section的虚拟地址所在的页表项. 
        /* TODO: 这两行的code很奇怪,为什么要先取TEXTADDR的高8位(Bit[31:24])0xff000000,然后再取后面的8位(Bit[23:20])0x00f00000*/            
         
242行: 这一行计算kernel镜像的大小(bytes). 
        _end 是在vmlinux.lds.S中162行定义的,标记kernel的结束位置(虚拟地址): 
        00158         .bss : { 
        00159 __bss_start = .; /* BSS */ 
        00160 *(.bss) 
        00161 *(COMMON) 
        00162 _end = .; 
        00163 } 

        kernel的size =  _end - PAGE_OFFSET -1, 这里 减1的原因是因为 _end 是 location counter,它的地址是kernel镜像后面的一个byte的地址. 

243行: 地址右移20位,计算出kernel有多少sections,并将结果存到r6中 

245 - 248行: 这几行用来填充kernel所有section虚拟地址对应的页表项. 

253行: 将r0设置为RAM第一兆虚拟地址的页表项地址(page entry) 
254行: r7中存储的是mmu flags, 逻辑或上RAM的起始物理地址,得到RAM第一个MB页表项的值. 
255行:　设置RAM的第一个MB虚拟地址的页表. 
上面这三行是用来设置RAM中第一兆虚拟地址的页表. 之所以要设置这个页表项的原因是RAM的第一兆内存中可能存储着boot params.