linux内核启动过程——基于S3C2410(2)Image早期初始化

linux内核启动过程——基于S3C2410

（2）Image早期初始化

从zImage头跳转进来，此时的状态

• MMU为off
• D-cache为off
• I-cache为dont care，on或off没有关系
• r0为0
• r1为machine ID
• r2为atags指针

1.检查CPU ID的合法性

内核代码入口在linux-2.6.29/arch/arm/kernel/head.S文件的78行。首先进入SVC32模式，并查询CPU ID，检查合法性

        msr     cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode

                                                @ and irqs disabled

        mrc     p15, 0, r9, c0, c0              @ get processor id

        bl      __lookup_processor_type         @ r5=procinfo r9=cpuid

        movs    r10, r5                         @ invalid processor (r5=0)?

        beq     __error_p                       @ yes, error 'p'

其中__lookup_processor_type在linux-2.6.29/arch/arm/kernel/head-common.S文件的156行，该函数首将标号3的实际地址加载到r3，然后将编译时生成的__proc_info_begin虚拟地址载入到r5，__proc_info_end虚拟地址载入到r6，标号3的虚拟地址载入到r7。由于adr伪指令和标号3的使用，以及__proc_info_begin等符号在linux-2.6.29/arch/arm/kernel/vmlinux.lds而不是代码中被定义，此处代码不是非常直观，想弄清楚代码缘由的读者请耐心阅读这两个文件和adr伪指令的说明。

r3和r7分别存储的是同一位置标号3的物理地址（由于没有启用mmu，所以当前肯定是物理地址）和虚拟地址，所以二者相减即得到虚拟地址和物理地址之间的offset。利用此offset，将r5和r6中保存的虚拟地址转变为物理地址

__lookup_processor_type:

    adr    r3, 3f

    ldmda    r3, {r5 - r7}

    sub    r3, r3, r7            @ get offset between virt&phys

    add    r5, r5, r3            @ convert virt addresses to

    add    r6, r6, r3            @ physical address space

然后从proc_info中读出内核编译时写入的processor ID和之前从cpsr中读到的processor ID对比，查看代码和CPU硬件是否匹配（想在arm920t上运行为cortex-a8编译的内核？不让！）。如果编译了多种处理器支持，如versatile板，则会循环每种type依次检验，如果硬件读出的ID在内核中找不到匹配，则r5置0返回（在83行检查processor id时状态寄存器Z位置零）。

1:      ldmia   r5, {r3, r4}                  @ value, mask

        and     r4, r4, r9                    @ mask wanted bits

        teq     r3, r4

        beq     2f

        add     r5, r5, #PROC_INFO_SZ         @ sizeof(proc_info_list)

        cmp     r5, r6

        blo     1b

        mov     r5, #0                        @ unknown processor

2:      mov     pc, lr

2.检查machine ID合法性

接着在85行进一步查询machine ID并检查合法性

        bl      __lookup_machine_type           @ r5=machinfo

        movs    r8, r5                          @ invalid machine (r5=0)?

        beq     __error_a                       @ yes, error 'a'

 __lookup_machine_type在linux-2.6.29/arch/arm/kernel/head-common.S文件的205行，编码方法与检查processor ID完全一样，请参考前段。macheine type在linux-2.6.29/arch/arm/tools/mach-types里定义，与uboot中的board/mini2440/mini2440.c里定义的的gd->bd->bi_arch_number=**相匹配，在uboot引导内核时传递。

__lookup_machine_type:

        adr     r3, 3b

        ldmia   r3, {r4, r5, r6}

        sub     r3, r3, r4                     @ get offset between virt&phys

        add     r5, r5, r3                     @ convert virt addresses to

        add     r6, r6, r3                     @ physical address space

1:      ldr     r3, [r5, #MACHINFO_TYPE]       @ get machine type

        teq     r3, r1                         @ matches loader number?

        beq     2f                             @ found

        add     r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC   @ next machine_desc

        cmp     r5, r6

        blo     1b

        mov     r5, #0                         @ unknown machine

2:      mov     pc, lr

3.检查atags合法性，创建初始页表

代码回到head.S第88行，检查atags合法性，然后创建初始页表

        bl      __vet_atags

        bl      __create_page_tables

3.1创建页表

__vet_atags在linux-2.6.29/arch/arm/kernel/head-common.S文件的244行。创建页表的代码在214行，首先将内核起始地址到内核起始地址+0x4000地址之间的16K存储器清0。

__create_page_tables:

        pgtbl   r4                             @ page table address

 

        /*

         * 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

      从第238行开始创建页表，该初始页表将在paging_int()函数中remove。

               ldr     r7, [r10, #PROCINFO_MM_MMUFLAGS] @ mm_mmuflags

 

        /*

         * Create identity mapping for first MB of kernel to

         * cater for the MMU enable.  This identity mapping

         * will be removed by paging_init().  We use our current program

         * counter to determine corresponding section base address.

         */

        mov     r6, pc, lsr #20                @ start of kernel section

        orr     r3, r7, r6, lsl #20            @ flags + kernel base

        str     r3, [r4, r6, lsl #2]           @ identity mapping

 

        /*

         * Now setup the pagetables for our kernel direct

         * mapped region.

         */

        add     r0, r4,  #(KERNEL_START & 0xff000000) >> 18

        str     r3, [r0, #(KERNEL_START & 0x00f00000) >> 18]!

        ldr     r6, =(KERNEL_END - 1)

        add     r0, r0, #4

        add     r6, r4, r6, lsr #18

1:      cmp     r0, r6

        add     r3, r3, #1 << 20

        strls   r3, [r0], #4

        bls     1b

3.2设置映射标识 

然后在230行将proc_info中的mmu_flags加载到r7

        ldr     r7, [r10, #PROCINFO_MM_MMUFLAGS] @ mm_mmuflags

在238行将PC指针右移20位，得到内核第一个1MB空间的段地址存入r6，在s3c2410平台该值是0x300（0x300xxxxx右移20位）。接着根据此值存入映射标识

        mov     r6, pc, lsr #20                @ start of kernel section

        orr     r3, r7, r6, lsl #20            @ flags + kernel base

        str     r3, [r4, r6, lsl #2]           @ identity mapping

3.3为打开虚拟地址映射作准备

完成页表设置后回到98行，为打开虚拟地址映射作准备。设置sp指针，函数返回地址lr指向__enable_mmu，并跳转到linux-2.6.29/arch/arm/mm/proc-arm920.S的364行，清除I-cache、D-cache、write buffer和TLB

__arm920_setup:

        mov     r0, #0

        mcr     p15, 0, r0, c7, c7             @ invalidate I,D caches on v4

        mcr     p15, 0, r0, c7, c10, 4         @ drain write buffer on v4

#ifdef CONFIG_MMU

        mcr     p15, 0, r0, c8, c7             @ invalidate I,D TLBs on v4

#endif

3.4使能mmu

然后返回head.S的155行（在127行将__enable_mmu的地址放到lr中），加载domain和页表，跳转到__turn_mmu_on

__enable_mmu:

#ifdef CONFIG_ALIGNMENT_TRAP

        orr     r0, r0, #CR_A

#else

        bic     r0, r0, #CR_A

#endif

#ifdef CONFIG_CPU_DCACHE_DISABLE

        bic     r0, r0, #CR_C

#endif

#ifdef CONFIG_CPU_BPREDICT_DISABLE

        bic     r0, r0, #CR_Z

#endif

#ifdef CONFIG_CPU_ICACHE_DISABLE

        bic     r0, r0, #CR_I

#endif

        mov     r5, #(domain_val(DOMAIN_USER, DOMAIN_MANAGER) | \

                     domain_val(DOMAIN_KERNEL, DOMAIN_MANAGER) | \

                     domain_val(DOMAIN_TABLE, DOMAIN_MANAGER) | \

                     domain_val(DOMAIN_IO, DOMAIN_CLIENT))

        mcr     p15, 0, r5, c3, c0, 0          @ load domain access register

        mcr     p15, 0, r4, c2, c0, 0          @ load page table pointer

        b       __turn_mmu_on

在194行把mmu使能位写入mmu，激活虚拟地址。

        mov     r0, r0

        mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 0          @ write control reg

        mrc     p15, 0, r3, c0, c0, 0          @ read id reg

        mov     r3, r3

        mov     r3, r3

        mov     pc, r13

4.进入虚拟地址

然后将原来保存在sp中的地址（98行）载入pc，跳转到head-common.S的__switch_data（18行）和__mmap_switched，至此代码进入虚拟地址的世界

在head-common.S的49行开始清除内核bss段，processor ID保存在r9，machine ID报存在r1，atags地址保存在r2，并将控制寄存器保存到r7定义的内存地址。接下来跳入linux-2.6.29/init/main.c的530行，start_kernel函数。这里只粘贴部分代码

__mmap_switched:

        adr     r3, __switch_data + 4

 

        ldmia   r3!, {r4, r5, r6, r7}

        cmp     r4, r5                         @ Copy data segment if needed

1:      cmpne   r5, r6

        ldrne   fp, [r4], #4

        strne   fp, [r5], #4

        bne     1b

在main.c第530行，是硬件无关的C初始化代码

asmlinkage void __init start_kernel(void)

{

        char * command_line;

        extern struct kernel_param __start___param[], __stop___param[];

 

        smp_setup_processor_id();

s3c2410平台linux-2.6.24内核早期的汇编初始化到这里就结束了

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