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Linux内核源码分析--内核启动之(2)Image内核启动(汇编部分)（Linux-3.0 ARMv7）

分类： LINUX

2016-03-23 15:41:08

原文地址：Linux内核源码分析--内核启动之(2)Image内核启动(汇编部分)（Linux-3.0 ARMv7） 作者：tekkamanninja

    在完成了zImage自解压之后，就跳转到了解压后的内核（也就是vmlinux的bin版本Image），具体的入口可以在arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S（最终的链接脚本是通过这个文件产生的）中获得：

  1. ......
  2. SECTIONS
  3. {
  4. #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
  5. . = XIP_VIRT_ADDR(CONFIG_XIP_PHYS_ADDR);
  6. #else
  7. . = PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET;
  8. #endif
  10. .init : { /* Init code and data */
  11. _stext = .;
  12. _sinittext = .;
  13. ......

    这个入口在arch/arm/kernel/head.S中，这个文件就是Linux内核真正启动的地方，是初始化部分的开始，用汇编写成。他必须为后面的C代码做好准备，下面先给出程序的流程图，后面是中文注释的代码。

    这里有一些宏定义必须知道他的含义：

宏

出现的位置

默认值

定义

KERNEL_RAM_ADDR

arch/arm/kernel/head.S

0xC0008000

内核在内存中的虚拟地址

PAGE_OFFSET

arch/arm/include/asm/memory.h 

0xC0000000

内核虚拟地址空间的起始地址

TEXT_OFFSET

arch/arm/Makefile

0x00008000

内核起始位置相对于内存起始位置的偏移

PHYS_OFFSET

arch/arm/include/asm/memory.h 

构架相关

物理内存的起始地址


arch/arm/kernel/head.S

  1. /*
  2.  * linux/arch/arm/kernel/head.S
  3.  *
  4.  * Copyright (C) 1994-2002 Russell King
  5.  * Copyright (c) 2003 ARM Limited
  6.  * All Rights Reserved
  7.  *
  8.  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  9.  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
  10.  * published by the Free Software Foundation.
  11.  *
  12.  * 所有32-bit CPU的内核启动代码
  13.  */
  14. #include <linux/linkage.h>
  15. #include <linux/init.h>

  17. #include <asm/assembler.h>
  18. #include <asm/domain.h>
  19. #include <asm/ptrace.h>
  20. #include <asm/asm-offsets.h>
  21. #include <asm/memory.h>
  22. #include <asm/thread_info.h>
  23. #include <asm/system.h>

  25. #ifdef CONFIG_DEBUG_LL
  26. #include <mach/debug-macro.S>
  27. #endif

  29. /*
  30.  * swapper_pg_dir 是初始页表的虚拟地址.
  31.  * 我们将页表放在KERNEL_RAM_VADDR以下16K的空间中. 因此我们必须保证
  32.  * KERNEL_RAM_VADDR已经被正常设置. 当前, 我们期望的是
  33.  * 这个地址的最后16 bits为0x8000, 但我们或许可以放宽这项限制到
  34.  * KERNEL_RAM_VADDR >= PAGE_OFFSET + 0x4000.
  35.  */
  36. #define KERNEL_RAM_VADDR    (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)
  37. #if (KERNEL_RAM_VADDR & 0xffff) != 0x8000
  38. #error KERNEL_RAM_VADDR must start at 0xXXXX8000
  39. #endif

  41.     .globl    swapper_pg_dir
  42.     .equ    swapper_pg_dir, KERNEL_RAM_VADDR - 0x4000

  44. /*
  45.  * TEXT_OFFSET 是内核代码（解压后）相对于RAM起始的偏移.
  46.  * 而#TEXT_OFFSET - 0x4000就是页表相对于RAM起始的偏移.
  47.  * 这个宏的作用是将phys（RAM的启示地址）加上页表的偏移，
  48.  * 而得到页表的起始物理地址
  49.  */
  50.     .macro    pgtbl, rd, phys
  51.     add    \rd, \phys, #TEXT_OFFSET - 0x4000
  52.     .endm

  54. #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
  55. #define KERNEL_START    XIP_VIRT_ADDR(CONFIG_XIP_PHYS_ADDR)
  56. #define KERNEL_END    _edata_loc
  57. #else
  58. #define KERNEL_START    KERNEL_RAM_VADDR
  59. #define KERNEL_END    _end
  60. #endif

  62. /*
  63.  * 内核启动入口点.
  64.  * ---------------------------
  65.  *
  66.  * 这个入口正常情况下是在解压完成后被调用的.
  67.  * 调用条件: MMU = off, D-cache = off, I-cache = dont care, r0 = 0,
  68.  * r1 = machine nr, r2 = atags or dtb pointer.
  69.  * 这些条件在解压完成后会被逐一满足，然后才跳转过来。
  70.  *
  71.  * 这些代码大多数是位置无关的, 如果你的内核入口地址在连接时确定为
  72.  * 0xc0008000, 你调用此函数的物理地址就是 __pa(0xc0008000).
  73.  *
  74.  * 完整的machineID列表，请参见 linux/arch/arm/tools/mach-types
  75.  *
  76.  * 我们尽量让代码简洁; 不在此处添加任何设备特定的代码
  77.  * - 这些特定的初始化代码是boot loader的工作(或在极端情况下，
  78.  * 有充分理由的情况下, 可以由zImage完成)。
  79.  */
  80.     __HEAD
  81. ENTRY(stext)
  82.     setmode    PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE, r9 @ CPU模式设置宏
  83.                                                     @ （进入svc模式并且关闭中断）
  84.     mrc    p15, 0, r9, c0, c0                       @ 获取处理器id-->r9
  85.     bl    __lookup_processor_type                   @ 返回r5=procinfo r9=cpuid
  86.     movs    r10, r5                                 @ r10=r5，并可以检测r5=0?注意当前r10的值
  87.  THUMB( it    eq )            @ force fixup-able long branch encoding
  88.     beq    __error_p            @ yes, error 'p'如果r5=0，则内核处理器不匹配，出错～死循环

  90.     /*
  91.      * 获取RAM的起始物理地址，并保存于 r8 = phys_offset
  92.      * XIP内核与普通在RAM中运行的内核不同
  93.      * （1）CONFIG_XIP_KERNEL
  94.      *         通过运行时计算？？？？
  95.      * （2）正常RAM中运行的内核
  96.      *         通过编译时确定（PLAT_PHYS_OFFSET 一般在arch/arm/mach-xxx/include/mach/memory.h定义）
  97.      *        
  98.      */
  99. #ifndef CONFIG_XIP_KERNEL
  100.     adr    r3, 2f
  101.     ldmia    r3, {r4, r8}
  102.     sub    r4, r3, r4            @ (PHYS_OFFSET - PAGE_OFFSET)
  103.     add    r8, r8, r4            @ PHYS_OFFSET
  104. #else
  105.     ldr    r8, =PLAT_PHYS_OFFSET
  106. #endif

  108.     /*
  109.      * r1 = machine no, r2 = atags or dtb,
  110.      * r8 = phys_offset, r9 = cpuid, r10 = procinfo
  111.      */
  112.     bl    __vet_atags            @ 判断r2（内核启动参数）指针的有效性
  113. #ifdef CONFIG_SMP_ON_UP
  114.     bl    __fixup_smp            @ ???如果运行SMP内核在单处理器系统中启动，做适当调整
  115. #endif
  116. #ifdef CONFIG_ARM_PATCH_PHYS_VIRT
  117.     bl    __fixup_pv_table    @ ????根据内核在内存中的位置修正物理地址与虚拟地址的转换机制
  118. #endif
  119.     bl    __create_page_tables    @ 初始化页表！

  121.     /*
  122.      * 以下使用位置无关的方法调用的是CPU特定代码。
  123.      * 详情请见arch/arm/mm/proc-*.S
  124.      * r10 = xxx_proc_info 结构体的基地址（在上面__lookup_processor_type函数中选中的）
  125.      * 返回时, CPU 已经为 MMU 的启动做好了准备，
  126.      * 且 r0 保存着CPU控制寄存器的值.
  127.      */
  128.     ldr    r13, =__mmap_switched                @ 在MMU启动之后跳入的第一个虚拟地址
  129.     adr    lr, BSYM(1f)                        @ 设置返回的地址(PIC)
  130.     mov    r8, r4                                @ 将swapper_pg_dir的物理地址放入r8，
  131.                                             @ 以备__enable_mmu中将其放入TTBR1
  132.  ARM(    add    pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC    )    @ 跳入构架相关的初始化处理器函数(例如A8的是__v7_setup)
  133.  THUMB(    add    r12, r10, #PROCINFO_INITFUNC    )    @主要目的只配置CP15（包括缓存配置）
  134.  THUMB(    mov    pc, r12                )
  135. 1:    b    __enable_mmu                        @ 启动MMU
  136. ENDPROC(stext)
  137.     .ltorg
  138. #ifndef CONFIG_XIP_KERNEL
  139. 2:    .long    .
  140.     .long    PAGE_OFFSET
  141. #endif

  143. /*
  144.  * 创建初始化页表. 我们只创建最基本的页表，
  145.  * 以满足内核运行的需要，
  146.  * 这通常意味着仅映射内核代码本身.
  147.  *
  148.  * r8 = phys_offset, r9 = cpuid, r10 = procinfo
  149.  *
  150.  * 返回:
  151.  * r0, r3, r5-r7 被篡改
  152.  * r4 = 页表物理地址
  153.  */
  154. __create_page_tables:
  155.     pgtbl    r4, r8                @ 现在r4 = 页表的起始物理地址

  157.     /*
  158.      * 清零16K的一级初始页表区
  159.      * 这些页表在内核自解压时被设置过
  160.      * （此时MMU已关闭）
  161.      */
  162.     mov    r0, r4
  163.     mov    r3, #0
  164.     add    r6, r0, #0x4000
  165. 1:    str    r3, [r0], #4
  166.     str    r3, [r0], #4
  167.     str    r3, [r0], #4
  168.     str    r3, [r0], #4
  169.     teq    r0, r6
  170.     bne    1b

  172.     /*
  173.      * 获取节描述符的默认配置（除节基址外的其他配置）
  174.      * 这个数据依构架而不同，数据是用汇编文件配置的：
  175.      * arch/arm/mm/proc-xxx.S
  176.      * （此时MMU已关闭）
  177.      */
  178.     ldr    r7, [r10, #PROCINFO_MM_MMUFLAGS] @ 获取mm_mmuflags(节描述符默认配置)，保存于r7

  180.     /*
  181.      * 创建特定映射，以满足__enable_mmu的需求。
  182.      * 此特定映射将被paging_init()删除。
  183.      *
  184.      * 其实这个特定的映射就是仅映射__enable_mmu功能函数区的页表
  185.      * 以保证在启用mmu时代码的正确执行--1:1映射（物理地址=虚拟地址）
  186.      */
  187.     adr    r0, __enable_mmu_loc
  188.     ldmia    r0, {r3, r5, r6}
  189.     sub    r0, r0, r3            @ 获取编译时确定的虚拟地址到当前物理地址的偏移
  190.     add    r5, r5, r0            @ __enable_mmu的当前物理地址
  191.     add    r6, r6, r0            @ __enable_mmu_end的当前物理地址
  192.     mov    r5, r5, lsr #20        @ __enable_mmu的节基址
  193.     mov    r6, r6, lsr #20        @ __enable_mmu_end的节基址

  195. 1:    orr    r3, r7, r5, lsl #20        @ 生成节描述符：flags + 节基址
  196.     str    r3, [r4, r5, lsl #2]    @ 设置节描述符,1:1映射（物理地址=虚拟地址）
  197.     teq    r5, r6                    @ 完成映射？（理论上一次就够了，这个函数应该不会大于1M吧～）
  198.     addne    r5, r5, #1            @ r5 = 下一节的基址
  199.     bne    1b

  201.     /*
  202.      * 现在创建内核的逻辑映射区页表（节映射）
  203.      * 创建范围：KERNEL_START---KERNEL_END
  204.      * KERNEL_START：内核最终运行的虚拟地址
  205.      * KERNEL_END：内核代码结束的虚拟地址（bss段之后，但XIP不是）
  206.      */
  207.     mov    r3, pc                @ 获取当前物理地址
  208.     mov    r3, r3, lsr #20        @ r3 = 当前物理地址的节基址
  209.     orr    r3, r7, r3, lsl #20    @ r3 为当前物理地址的节描述符
  210.     /*
  211.      * 下面是为了确定页表项的入口地址
  212.      * 其实页表入口项的偏移就反应了对应的虚拟地址的高位
  213.      *
  214.      * 由于ARM指令集的8bit位图问题，只能分两次得到
  215.      * KERNEL_START：内核最终运行的虚拟地址
  216.      *
  217.      */
  218.     add    r0, r4, #(KERNEL_START & 0xff000000) >> 18
  219.     str    r3, [r0, #(KERNEL_START & 0x00f00000) >> 18]!
  220.     ldr    r6, =(KERNEL_END - 1)
  221.     add    r0, r0, #4
  222.     add    r6, r4, r6, lsr #18    @ r6 = 内核逻辑映射结束的节基址
  223. 1:    cmp    r0, r6
  224.     add    r3, r3, #1 << 20    @ 生成节描述符（只需做基址递增）
  225.     strls    r3, [r0], #4    @ 设置节描述符
  226.     bls    1b

  228. #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
  229.     /*
  230.      * 如果是XIP技术的内核，上面的映射只能映射内核代码和只读数据部分
  231.      * 这里我们再映射一些RAM来作为 .data and .bss 空间.
  232.      */
  233.     add    r3, r8, #TEXT_OFFSET
  234.     orr    r3, r3, r7            @ 生成节描述符：flags + 节基址
  235.     add    r0, r4, #(KERNEL_RAM_VADDR & 0xff000000) >> 18
  236.     str    r3, [r0, #(KERNEL_RAM_VADDR & 0x00f00000) >> 18]!
  237.     ldr    r6, =(_end - 1)
  238.     add    r0, r0, #4
  239.     add    r6, r4, r6, lsr #18
  240. 1:    cmp    r0, r6
  241.     add    r3, r3, #1 << 20
  242.     strls    r3, [r0], #4
  243.     bls    1b
  244. #endif

  246.     /*
  247.      * 然后映射启动参数区（现在r2中的atags物理地址）
  248.      * 或者
  249.      * 如果启动参数区的虚拟地址没有确定（或者无效），则会映射RAM的头1MB.
  250.      */
  251.     mov    r0, r2, lsr #20
  252.     movs    r0, r0, lsl #20
  253.     moveq    r0, r8                @ 如果atags指针无效，则r0 = r8（映射RAM的头1MB）
  254.     sub    r3, r0, r8
  255.     add    r3, r3, #PAGE_OFFSET    @ 转换为虚拟地址
  256.     add    r3, r4, r3, lsr #18        @ 确定页表项（节描述符）入口地址
  257.     orr    r6, r7, r0                @ 生成节描述符
  258.     str    r6, [r3]                @ 设置节描述符

  260.     /*
  261.      * 下面是调试信息的输出函数区
  262.      * 这里做了IO内存空间的节映射
  263.      */
  264. #ifdef CONFIG_DEBUG_LL
  265. #ifndef CONFIG_DEBUG_ICEDCC
  266.     /*
  267.      * 为串口调试映射IO内存空间（将串口IO内存之上的所有地址都映射了）
  268.      * 这允许调试信息（在paging_init之前）从串口控制台输出
  269.      *
  270.      */
  271.     addruart r7, r3        @ 宏代码，位于arch/arm/mach-xxx/include/mach/debug-macro.S
  272.                         @ 作用是将串口控制寄存器的基址放入r7(物理地址)和r3(虚拟地址)
  273.     mov    r3, r3, lsr #20
  274.     mov    r3, r3, lsl #2

  276.     add    r0, r4, r3        @ r0为串口IO内存映射页表项的入口地址
  277.     rsb    r3, r3, #0x4000            @ 16K(PTRS_PER_PGD*sizeof(long))-r3
  278.     cmp    r3, #0x0800            @ limit to 512MB,入口地址有效性检查（只能在最后#0x0800内）
  279.     movhi    r3, #0x0800        @ 也就是说虚拟地址被限制在3.5G以上
  280.     add    r6, r0, r3            @ r6为页表结束地址
  281.     mov    r3, r7, lsr #20
  282.     ldr    r7, [r10, #PROCINFO_IO_MMUFLAGS] @ io_mmuflags
  283.     orr    r3, r7, r3, lsl #20    @ 生成节描述符
  284. 1:    str    r3, [r0], #4
  285.     add    r3, r3, #1 << 20
  286.     teq    r0, r6
  287.     bne    1b

  289. #else /* CONFIG_DEBUG_ICEDCC */
  290.     /* 我们无需任何串口调试映射 for ICEDCC */
  291.     ldr    r7, [r10, #PROCINFO_IO_MMUFLAGS] @ io_mmuflags
  292. #endif /* !CONFIG_DEBUG_ICEDCC */

  294. #if defined(CONFIG_ARCH_NETWINDER) || defined(CONFIG_ARCH_CATS)
  295.     /*
  296.      * 如果我们在使用 NetWinder 或 CATS,我们也需要为调试信息映射
  297.      * 16550-type 串口
  298.      */
  299.     add    r0, r4, #0xff000000 >> 18
  300.     orr    r3, r7, #0x7c000000
  301.     str    r3, [r0]
  302. #endif
  303. #ifdef CONFIG_ARCH_RPC
  304.     /*
  305.      * Map in screen at 0x02000000 & SCREEN2_BASE
  306.      * Similar reasons here - for debug. This is
  307.      * only for Acorn RiscPC architectures.
  308.      */
  309.     add    r0, r4, #0x02000000 >> 18
  310.     orr    r3, r7, #0x02000000
  311.     str    r3, [r0]
  312.     add    r0, r4, #0xd8000000 >> 18
  313.     str    r3, [r0]
  314. #endif
  315. #endif
  316.     mov    pc, lr        @页表创建结束，返回
  317. ENDPROC(__create_page_tables)
  318.     .ltorg
  319.     .align
  320. __enable_mmu_loc:
  321.     .long    .
  322.     .long    __enable_mmu
  323.     .long    __enable_mmu_end

  325. #if defined(CONFIG_SMP)
  326.     __CPUINIT
  327. ENTRY(secondary_startup)
  328.     /*
  329.      * Common entry point for secondary CPUs.
  330.      *
  331.      * Ensure that we're in SVC mode, and IRQs are disabled. Lookup
  332.      * the processor type - there is no need to check the machine type
  333.      * as it has already been validated by the primary processor.
  334.      */
  335.     setmode    PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE, r9
  336.     mrc    p15, 0, r9, c0, c0        @ get processor id
  337.     bl    __lookup_processor_type
  338.     movs    r10, r5                @ invalid processor?
  339.     moveq    r0, #'p'            @ yes, error 'p'
  340.  THUMB( it    eq )        @ force fixup-able long branch encoding
  341.     beq    __error_p

  343.     /*
  344.      * Use the page tables supplied from __cpu_up.
  345.      */
  346.     adr    r4, __secondary_data
  347.     ldmia    r4, {r5, r7, r12}        @ address to jump to after
  348.     sub    lr, r4, r5            @ mmu has been enabled
  349.     ldr    r4, [r7, lr]            @ get secondary_data.pgdir
  350.     add    r7, r7, #4
  351.     ldr    r8, [r7, lr]            @ get secondary_data.swapper_pg_dir
  352.     adr    lr, BSYM(__enable_mmu)        @ return address
  353.     mov    r13, r12            @ __secondary_switched address
  354.  ARM(    add    pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC    ) @ initialise processor
  355.                          @ (return control reg)
  356.  THUMB(    add    r12, r10, #PROCINFO_INITFUNC    )
  357.  THUMB(    mov    pc, r12                )
  358. ENDPROC(secondary_startup)

  360.     /*
  361.      * r6 = &secondary_data
  362.      */
  363. ENTRY(__secondary_switched)
  364.     ldr    sp, [r7, #4]            @ get secondary_data.stack
  365.     mov    fp, #0
  366.     b    secondary_start_kernel
  367. ENDPROC(__secondary_switched)

  369.     .align

  371.     .type    __secondary_data, %object
  372. __secondary_data:
  373.     .long    .
  374.     .long    secondary_data
  375.     .long    __secondary_switched
  376. #endif /* defined(CONFIG_SMP) */



  380. /*
  381.  * 在最后启动MMU前，设置一些常用位 Essentially
  382.  * 其实，这里只是加载了页表指针和域访问控制数据寄存器
  383.  *
  384.  *
  385.  * r0 = cp#15 control register
  386.  * r1 = machine ID
  387.  * r2 = atags or dtb pointer
  388.  * r4 = page table pointer
  389.  * r9 = processor ID
  390.  * r13 = 最后要跳入的虚拟地址
  391.  */
  392. __enable_mmu:
  393. #ifdef CONFIG_ALIGNMENT_TRAP
  394.     orr    r0, r0, #CR_A
  395. #else
  396.     bic    r0, r0, #CR_A
  397. #endif
  398. #ifdef CONFIG_CPU_DCACHE_DISABLE
  399.     bic    r0, r0, #CR_C
  400. #endif
  401. #ifdef CONFIG_CPU_BPREDICT_DISABLE
  402.     bic    r0, r0, #CR_Z
  403. #endif
  404. #ifdef CONFIG_CPU_ICACHE_DISABLE
  405.     bic    r0, r0, #CR_I
  406. #endif
  407.     mov    r5, #(domain_val(DOMAIN_USER, DOMAIN_MANAGER) | \
  408.          domain_val(DOMAIN_KERNEL, DOMAIN_MANAGER) | \
  409.          domain_val(DOMAIN_TABLE, DOMAIN_MANAGER) | \
  410.          domain_val(DOMAIN_IO, DOMAIN_CLIENT))    @设置域访问控制数据
  411.     mcr    p15, 0, r5, c3, c0, 0        @ 载入域访问控制数据到DACR
  412.     mcr    p15, 0, r4, c2, c0, 0        @ 载入页表基址到TTBR0
  413.     b    __turn_mmu_on                @ 开启MMU
  414. ENDPROC(__enable_mmu)

  416. /*
  417.  * 使能 MMU. 这完全改变了可见的内存地址空间结构。
  418.  * 您将无法通过这里跟踪执行。
  419.  * 如果你已对此进行探究, *请*在向邮件列表发送另一个新帖之前，
  420.  * 检查linux-arm-kernel的邮件列表归档
  421.  *
  422.  * r0 = cp#15 control register
  423.  * r1 = machine ID
  424.  * r2 = atags or dtb pointer
  425.  * r9 = processor ID
  426.  * r13 = 最后要跳入的*虚拟*地址
  427.  *
  428.  * 其他寄存器依赖上面的调用函数
  429.  */
  430.     .align    5
  431. __turn_mmu_on:
  432.     mov    r0, r0
  433.     mcr    p15, 0, r0, c1, c0, 0        @ 设置cp#15控制寄存器（启用MMU）
  434.     mrc    p15, 0, r3, c0, c0, 0        @ read id reg
  435.     mov    r3, r3
  436.     mov    r3, r13                        @ r3中装入最后要跳入的*虚拟*地址
  437.     mov    pc, r3                        @ 跳转到__mmap_switched
  438. __enable_mmu_end:
  439. ENDPROC(__turn_mmu_on)


  442. #ifdef CONFIG_SMP_ON_UP
  443.     __INIT
  444. __fixup_smp:
  445.     and    r3, r9, #0x000f0000    @ architecture version
  446.     teq    r3, #0x000f0000        @ CPU ID supported?
  447.     bne    __fixup_smp_on_up    @ no, assume UP

  449.     bic    r3, r9, #0x00ff0000
  450.     bic    r3, r3, #0x0000000f    @ mask 0xff00fff0
  451.     mov    r4, #0x41000000
  452.     orr    r4, r4, #0x0000b000
  453.     orr    r4, r4, #0x00000020    @ val 0x4100b020
  454.     teq    r3, r4            @ ARM 11MPCore?
  455.     moveq    pc, lr            @ yes, assume SMP

  457.     mrc    p15, 0, r0, c0, c0, 5    @ read MPIDR
  458.     and    r0, r0, #0xc0000000    @ multiprocessing extensions and
  459.     teq    r0, #0x80000000        @ not part of a uniprocessor system?
  460.     moveq    pc, lr            @ yes, assume SMP

  462. __fixup_smp_on_up:
  463.     adr    r0, 1f
  464.     ldmia    r0, {r3 - r5}
  465.     sub    r3, r0, r3
  466.     add    r4, r4, r3
  467.     add    r5, r5, r3
  468.     b    __do_fixup_smp_on_up
  469. ENDPROC(__fixup_smp)

  471.     .align
  472. 1:    .word    .
  473.     .word    __smpalt_begin
  474.     .word    __smpalt_end

  476.     .pushsection .data
  477.     .globl    smp_on_up
  478. smp_on_up:
  479.     ALT_SMP(.long    1)
  480.     ALT_UP(.long    0)
  481.     .popsection
  482. #endif

  484.     .text
  485. __do_fixup_smp_on_up:
  486.     cmp    r4, r5
  487.     movhs    pc, lr
  488.     ldmia     {r0, r6}
  489.  ARM(    str    r6, [r0, r3]    )
  490.  THUMB(    add    r0, r0, r3    )
  491. #ifdef __ARMEB__
  492.  THUMB(    mov    r6, r6, ror #16    )    @ Convert word order for big-endian.
  493. #endif
  494.  THUMB(    strh    r6, [r0], #2    )    @ For Thumb-2, store as two halfwords
  495.  THUMB(    mov    r6, r6, lsr #16    )    @ to be robust against misaligned r3.
  496.  THUMB(    strh    r6, [r0]    )
  497.     b    __do_fixup_smp_on_up
  498. ENDPROC(__do_fixup_smp_on_up)

  500. ENTRY(fixup_smp)
  501.     stmfd     {r4 - r6, lr}
  502.     mov    r4, r0
  503.     add    r5, r0, r1
  504.     mov    r3, #0
  505.     bl    __do_fixup_smp_on_up
  506.     ldmfd     {r4 - r6, pc}
  507. ENDPROC(fixup_smp)

  509. #ifdef CONFIG_ARM_PATCH_PHYS_VIRT

  511. /* __fixup_pv_table - patch the stub instructions with the delta between
  512.  * PHYS_OFFSET and PAGE_OFFSET, which is assumed to be 16MiB aligned and
  513.  * can be expressed by an immediate shifter operand. The stub instruction
  514.  * has a form of '(add|sub) rd, rn, #imm'.
  515.  */
  516.     __HEAD
  517. __fixup_pv_table:
  518.     adr    r0, 1f
  519.     ldmia    r0, {r3-r5, r7}
  520.     sub    r3, r0, r3    @ PHYS_OFFSET - PAGE_OFFSET
  521.     add    r4, r4, r3    @ adjust table start address
  522.     add    r5, r5, r3    @ adjust table end address
  523.     add    r7, r7, r3    @ adjust __pv_phys_offset address
  524.     str    r8, [r7]    @ save computed PHYS_OFFSET to __pv_phys_offset
  525. #ifndef CONFIG_ARM_PATCH_PHYS_VIRT_16BIT
  526.     mov    r6, r3, lsr #24    @ constant for add/sub instructions
  527.     teq    r3, r6, lsl #24 @ must be 16MiB aligned
  528. #else
  529.     mov    r6, r3, lsr #16    @ constant for add/sub instructions
  530.     teq    r3, r6, lsl #16    @ must be 64kiB aligned
  531. #endif
  532. THUMB(    it    ne        @ cross section branch )
  533.     bne    __error
  534.     str    r6, [r7, #4]    @ save to __pv_offset
  535.     b    __fixup_a_pv_table
  536. ENDPROC(__fixup_pv_table)

  538.     .align
  539. 1:    .long    .
  540.     .long    __pv_table_begin
  541.     .long    __pv_table_end
  542. 2:    .long    __pv_phys_offset

  544.     .text
  545. __fixup_a_pv_table:
  546. #ifdef CONFIG_THUMB2_KERNEL
  547. #ifdef CONFIG_ARM_PATCH_PHYS_VIRT_16BIT
  548.     lsls    r0, r6, #24
  549.     lsr    r6, #8
  550.     beq    1f
  551.     clz    r7, r0
  552.     lsr    r0, #24
  553.     lsl    r0, r7
  554.     bic    r0, 0x0080
  555.     lsrs    r7, #1
  556.     orrcs r0, #0x0080
  557.     orr    r0, r0, r7, lsl #12
  558. #endif
  559. 1:    lsls    r6, #24
  560.     beq    4f
  561.     clz    r7, r6
  562.     lsr    r6, #24
  563.     lsl    r6, r7
  564.     bic    r6, #0x0080
  565.     lsrs    r7, #1
  566.     orrcs    r6, #0x0080
  567.     orr    r6, r6, r7, lsl #12
  568.     orr    r6, #0x4000
  569.     b    4f
  570. 2:    @ at this point the C flag is always clear
  571.     add r7, r3
  572. #ifdef CONFIG_ARM_PATCH_PHYS_VIRT_16BIT
  573.     ldrh    ip, [r7]
  574.     tst    ip, 0x0400    @ the i bit tells us LS or MS byte
  575.     beq    3f
  576.     cmp    r0, #0        @ set C flag, and ...
  577.     biceq    ip, 0x0400    @ immediate zero value has a special encoding
  578.     streqh    ip, [r7]    @ that requires the i bit cleared
  579. #endif
  580. 3:    ldrh    ip, [r7, #2]
  581.     and    ip, 0x8f00
  582.     orrcc    ip, r6    @ mask in offset bits 31-24
  583.     orrcs    ip, r0    @ mask in offset bits 23-16
  584.     strh    ip, [r7, #2]
  585. 4:    cmp    r4, r5
  586.     ldrcc    r7, [r4], #4    @ use branch for delay slot
  587.     bcc    2b
  588.     bx    lr
  589. #else
  590. #ifdef CONFIG_ARM_PATCH_PHYS_VIRT_16BIT
  591.     and    r0, r6, #255    @ offset bits 23-16
  592.     mov    r6, r6, lsr #8    @ offset bits 31-24
  593. #else
  594.     mov    r0, #0        @ just in case...
  595. #endif
  596.     b    3f
  597. 2:    ldr    ip, [r7, r3]
  598.     bic    ip, ip, #0x000000ff
  599.     tst    ip, #0x400    @ rotate shift tells us LS or MS byte
  600.     orrne    ip, ip, r6    @ mask in offset bits 31-24
  601.     orreq    ip, ip, r0    @ mask in offset bits 23-16
  602.     str    ip, [r7, r3]
  603. 3:    cmp    r4, r5
  604.     ldrcc    r7, [r4], #4    @ use branch for delay slot
  605.     bcc    2b
  606.     mov    pc, lr
  607. #endif
  608. ENDPROC(__fixup_a_pv_table)

  610. ENTRY(fixup_pv_table)
  611.     stmfd     {r4 - r7, lr}
  612.     ldr    r2, 2f            @ get address of __pv_phys_offset
  613.     mov    r3, #0            @ no offset
  614.     mov    r4, r0            @ r0 = table start
  615.     add    r5, r0, r1        @ r1 = table size
  616.     ldr    r6, [r2, #4]        @ get __pv_offset
  617.     bl    __fixup_a_pv_table
  618.     ldmfd     {r4 - r7, pc}
  619. ENDPROC(fixup_pv_table)

  621.     .align
  622. 2:    .long    __pv_phys_offset

  624.     .data
  625.     .globl    __pv_phys_offset
  626.     .type    __pv_phys_offset, %object
  627. __pv_phys_offset:
  628.     .long    0
  629.     .size    __pv_phys_offset, . - __pv_phys_offset
  630. __pv_offset:
  631.     .long    0
  632. #endif

  634. #include "head-common.S"
arch/arm/kernel/head-common.S
  1. /*
  2.  * linux/arch/arm/kernel/head-common.S
  3.  *
  4.  * Copyright (C) 1994-2002 Russell King
  5.  * Copyright (c) 2003 ARM Limited
  6.  * All Rights Reserved
  7.  *
  8.  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  9.  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
  10.  * published by the Free Software Foundation.
  11.  *
  12.  */

  14. #define ATAG_CORE 0x54410001
  15. #define ATAG_CORE_SIZE ((2*4 + 3*4) >> 2)
  16. #define ATAG_CORE_SIZE_EMPTY ((2*4) >> 2)

  18. #ifdef CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN
  19. #define OF_DT_MAGIC 0xd00dfeed
  20. #else
  21. #define OF_DT_MAGIC 0xedfe0dd0 /* 0xd00dfeed in big-endian */
  22. #endif

  24. /*
  25.  * 异常处理. 一些我们无法处理的错误.
  26.  * 我们应当告诉用户(这些错误信息)，但因为我们甚至无法保证是在正确的架构上运行，
  27.  * 所以我们什么都不做（死循环）。
  28.  *
  29.  * 如果 CONFIG_DEBUG_LL 被设置，我们试图打印出错误信息，
  30.  * 并希望这可以对我们有帮助 (例如这对bootloader没有提供适当的处理器ID
  31.  * 是有帮助的).
  32.  */
  33.     __HEAD

  35. /* 确定r2（内核启动参数）指针的有效性。 The heuristic 要求
  36.  * 是4Byte对齐的、在物理内存的头16K中，且以ATAG_CORE标记开头。
  37.  * 如果选择了CONFIG_OF_FLATTREE，dtb指针也是可以接受的.
  38.  *
  39.  * 在这个函数的未来版本中 可能会对物理地址的要求更为宽松，
  40.  * 且如果有必要的话，可能可以移动ATAGS数据块.
  41.  *
  42.  * 返回:
  43.  * r2 可能是有效的 atags 指针, 有效的 dtb 指针，或者0
  44.  * r5, r6 被篡改
  45.  */
  46. __vet_atags:
  47.     tst    r2, #0x3            @ 是否4Byte对齐?
  48.     bne    1f                    @ 不是则认为指针无效，返回

  50.     ldr    r5, [r2, #0]        @获取r2指向的前4Byte，用于下面测试
  51. #ifdef CONFIG_OF_FLATTREE
  52.     ldr    r6, =OF_DT_MAGIC        @ is it a DTB?
  53.     cmp    r5, r6
  54.     beq    2f
  55. #endif

  57.     /* 内核启动参数块的规范是：
  58.      * （wait for updata）
  59.      */
  60.     cmp    r5, #ATAG_CORE_SIZE        @ 第一个tag是ATAG_CORE吗?测试的是tag_header中的size
  61.                                 @ 如果为ATAG_CORE，那么必为ATAG_CORE_SIZE
  62.     cmpne    r5, #ATAG_CORE_SIZE_EMPTY    @ 如果第一个tag的tag_header中的size为ATAG_CORE_SIZE_EMPTY
  63.                                         @ 说明此处也有atags
  64.     bne    1f
  65.     ldr    r5, [r2, #4]            @ 第一个tag_header的tag（魔数）
  66.     ldr    r6, =ATAG_CORE            @ 获取ATAG_CORE的魔数
  67.     cmp    r5, r6                    @ 判断第一个tag是否为ATAG_CORE
  68.     bne    1f                        @ 不是则认为指针无效，返回

  70. 2:    mov    pc, lr                @ atag/dtb 指针有效

  72. 1:    mov    r2, #0
  73.     mov    pc, lr
  74. ENDPROC(__vet_atags)

  76. /*
  77.  * 以下的代码段是在MMU开启的状态下执行的,
  78.  * 而且使用的是绝对地址; 这不是位置无关代码.
  79.  *
  80.  * r0 = cp#15 控制寄存器值
  81.  * r1 = machine ID
  82.  * r2 = atags/dtb pointer
  83.  * r9 = processor ID
  84.  */
  85.     __INIT
  86. __mmap_switched:
  87.     adr    r3, __mmap_switched_data

  89.     ldmia     {r4, r5, r6, r7}
  90.     cmp    r4, r5                @ 如果有必要，拷贝数据段。
  91.                             @ 对比__data_loc和_sdata
  92.                             @ __data_loc是数据段在内核代码映像中的存储位置
  93.                             @ _sdata是数据段的链接位置（在内存中的位置）
  94.                             @ 如果是XIP技术的内核，这两个数据肯定不同
  95. 1:    cmpne    r5, r6            @ 检测数据是否拷贝完成
  96.     ldrne    fp, [r4], #4
  97.     strne    fp, [r5], #4
  98.     bne    1b

  100.     mov    fp, #0                @ 清零 BSS 段(and zero fp)
  101. 1:    cmp    r6, r7                @ 检测是否完成
  102.     strcc    fp, [r6],#4
  103.     bcc    1b

  105.     /* 这里将需要的数据从寄存器中转移到全局变量中，
  106.      * 因为最后会跳入C代码，寄存器会被使用。
  107.      */
  108.  ARM(    ldmia    r3, {r4, r5, r6, r7, sp})
  109.  THUMB(    ldmia    r3, {r4, r5, r6, r7}    )
  110.  THUMB(    ldr    sp, [r3, #16]        )
  111.     str    r9, [r4]            @ 保存 processor ID到全局变量processor_id
  112.     str    r1, [r5]            @ 保存 machine type到全局变量__machine_arch_type
  113.     str    r2, [r6]            @ 保存 atags指针到全局变量__atags_pointer
  114.     bic    r4, r0, #CR_A            @ 清除cp15 控制寄存器值的 'A' bit（禁用对齐错误检查）
  115.     stmia    r7, {r0, r4}            @ 保存控制寄存器值到全局变量cr_alignment(在arch/arm/kernel/entry-armv.S)
  116.     b    start_kernel        @ 跳入C代码（init/main.c）
  117. ENDPROC(__mmap_switched)

  119.     .align    2
  120.     .type    __mmap_switched_data, %object
  121. __mmap_switched_data:
  122.     .long    __data_loc            @ r4
  123.     .long    _sdata                @ r5
  124.     .long    __bss_start            @ r6
  125.     .long    _end                @ r7
  126.     .long    processor_id            @ r4
  127.     .long    __machine_arch_type        @ r5
  128.     .long    __atags_pointer            @ r6
  129.     .long    cr_alignment            @ r7
  130.     .long    init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp
  131.     .size    __mmap_switched_data, . - __mmap_switched_data

  133. /*
  134.  * 这里提供一个 C-API 版本的 __lookup_processor_type
  135.  */
  136. ENTRY(lookup_processor_type)
  137.     stmfd     {r4 - r6, r9, lr}
  138.     mov    r9, r0
  139.     bl    __lookup_processor_type
  140.     mov    r0, r5
  141.     ldmfd     {r4 - r6, r9, pc}
  142. ENDPROC(lookup_processor_type)

  144. /*
  145.  * 读取处理器ID寄存器 (CP#15, CR0), 并且查找编译时确定的处理器
  146.  * 支持列表. 注意：我们不能对__proc_info使用绝对地址，
  147.  * 因为我们还没有重新初始化页表（MMU已关闭，之前是解压时使用的1：1映射）。
  148.  * (我们不在正确的地址空间：内核是按虚拟地址（0xc00008000）编译的，
  149.  * 而现在我们运行在MMU关闭的情况下)。
  150.  * 我们必须计算偏移量。
  151.  *
  152.  *    r9 = cpuid
  153.  * Returns:
  154.  *    r3, r4, r6 被篡改
  155.  *    r5 = proc_info 指针（物理地址空间）
  156.  *    r9 = cpuid (保留)
  157.  */
  158.     __CPUINIT
  159. __lookup_processor_type:
  160.     adr    r3, __lookup_processor_type_data        @获取运行时的地址数据
  161.     ldmia    r3, {r4 - r6}    @获取编译时确定的地址数据（虚拟地址）
  162.     sub    r3, r3, r4            @ 获取地址偏移 virt&phys(r3)
  163.     add    r5, r5, r3            @ 将虚拟地址空间转换为物理地址空间
  164.     add    r6, r6, r3            @ r5=__proc_info_begin r6=__proc_info_end
  165. 1:    ldmia    r5, {r3, r4}    @ 获取proc_info_list结构体中的value, mask
  166.     and    r4, r4, r9            @ 利用掩码处理从CP15获取的处理器ID
  167.     teq    r3, r4                @ 对比编译时确定的处理器ID
  168.     beq    2f                    @ 若处理器ID匹配，返回
  169.     add    r5, r5, #PROC_INFO_SZ        @ 利用sizeof(proc_info_list)跳入下一个处理器ID的匹配
  170.     cmp    r5, r6                @ 是否已经处理完proc_info_list数据
  171.     blo    1b                    @ 如果还有proc_info_list数据，再次检查匹配
  172.     mov    r5, #0                @ 否则，编译的内核与此处理器不匹配，r5 = #0
  173. 2:    mov    pc, lr
  174. ENDPROC(__lookup_processor_type)

  176. /*
  177.  * 参见 <asm/procinfo.h> 中关于 __proc_info 结构体的信息.
  178.  */
  179.     .align    2
  180.     .type    __lookup_processor_type_data, %object
  181. __lookup_processor_type_data:
  182.     .long    .
  183.     .long    __proc_info_begin
  184.     .long    __proc_info_end
  185.     .size    __lookup_processor_type_data, . - __lookup_processor_type_data

  187. /*
  188.  * 处理器ID不匹配时的入口
  189.  * 如果启用了调试信息，会从consol打印提示信息
  190.  * 之后会进入__error的死循环
  191.  */
  192. __error_p:
  193. #ifdef CONFIG_DEBUG_LL
  194.     adr    r0, str_p1
  195.     bl    printascii
  196.     mov    r0, r9
  197.     bl    printhex8
  198.     adr    r0, str_p2
  199.     bl    printascii
  200.     b    __error
  201. str_p1:    .asciz    "\nError: unrecognized/unsupported processor variant (0x"
  202. str_p2:    .asciz    ").\n"
  203.     .align
  204. #endif
  205. ENDPROC(__error_p)

  207. /*
  208.  * 出错时的死循环入口
  209.  */
  210. __error:
  211. #ifdef CONFIG_ARCH_RPC
  212. /*
  213.  * 出错时屏幕变红 - RiscPC only.
  214.  */
  215.     mov    r0, #0x02000000
  216.     mov    r3, #0x11
  217.     orr    r3, r3, r3, lsl #8
  218.     orr    r3, r3, r3, lsl #16
  219.     str    r3, [r0], #4
  220.     str    r3, [r0], #4
  221.     str    r3, [r0], #4
  222.     str    r3, [r0], #4
  223. #endif
  224. 1:    mov    r0, r0
  225.     b    1b
  226. ENDPROC(__error)

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