linux内核启动过程分析(2)

来源:互联网 发布:亚视本港台网络电视 编辑:程序博客网 时间:2024/05/21 20:28

.4 __create_page_tables()

__create_page_tables()函数同样也是位于arch/arm/kernel/head.S中,代码如下:

__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

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

#ifdef CONFIG_XIP_KERNEL

/*

* Map some ram to cover our .data and .bss areas.

*/

orr r3, r7, #(KERNEL_RAM_PADDR & 0xff000000)

.if (KERNEL_RAM_PADDR & 0x00f00000)

orr r3, r3, #(KERNEL_RAM_PADDR & 0x00f00000)

.endif

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

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

ldr r6, =(_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

#endif

/*

* Then map first 1MB of ram in case it contains our boot params.

*/

add r0, r4, #PAGE_OFFSET >> 18

orr r6, r7, #(PHYS_OFFSET & 0xff000000)

.if (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)

orr r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)

.endif

str r6, [r0]

#ifdef CONFIG_DEBUG_LL

ldr r7, [r10, #PROCINFO_IO_MMUFLAGS] @ io_mmuflags

/*

* 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 or CATS, we also need to map

* in the 16550-type serial port for the debug messages

*/

add r0, r4, #0xff000000 >> 18

orr r3, r7, #0x7c000000

str r3, [r0]

#endif

#ifdef CONFIG_ARCH_RPC

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

ENDPROC(__create_page_tables)

这段代码是用来建立一级页表的。这个初始页表是给接下来要运行的kernel代码用的。因为内核代码用的都是虚拟地址,在使用之前我们必须要建立MMU。 这里的MMU只需要建立的页表能识别内核代码这部分的虚拟地址就够了,也就是从KERNEL_START到KERNEL_END部分。

#define KERNEL_RAM_VADDR (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)

#define KERNEL_RAM_PADDR (PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET)

#if (KERNEL_RAM_VADDR & 0xffff) != 0x8000

#error KERNEL_RAM_VADDR must start at 0xXXXX8000

#endif

.globl swapper_pg_dir

.equ swapper_pg_dir, KERNEL_RAM_VADDR - 0x4000

.macro pgtbl, rd

ldr \rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000)

.endm

#ifdef CONFIG_XIP_KERNEL

#define KERNEL_START XIP_VIRT_ADDR(CONFIG_XIP_PHYS_ADDR)

#define KERNEL_END _edata_loc

#else

#define KERNEL_START KERNEL_RAM_VADDR

#define KERNEL_END _end

#endif

从上述代码我们可以看出,KERNEL_START就是c0008000,KERNEL_END等于_end。_end我们可以从vmlinux.lds.S中找到踪迹。

另外需要强调的是,这里建立的MMU 页表是一级页表的,是以1M为单位的;二级页表(4K)不是在这里建立的。Arm一级页表的转换关系如下:

从上图可以看出,一级页表描述符的内容是物理地址段(物理地址前12位)和一些MMU管理位合成的;一级页表描述符的地址是由页表地址基地址(31-14位)和虚拟地址前12位(31-20)合成的,它的最后两位都是零,满足32位地址对齐的方式。

建立一级页表的过程就是将每一个一级页表描述符(1M为单位)填入到每一个一级页表描述符的地址。

1.5 __enable_mmu()

在建好一页表之后,后面有几句这样的代码:

ldr r13, __switch_data @ address to jump to after

@ mmu has been enabled

adr lr, __enable_mmu @ return (PIC) address

add pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

最后一句是跳转到处理器初始化函数执行。我们的处理器是armv6,所以处理器初始化函数可在arch/arm/mm/pro_v6.S中找到:

ENTRY(cpu_v6_proc_init)

mov pc, lr

OK,到这里就知道,目的就是跳转到__enable_mmu()函数执行。至于r13,另有他用,在__enable_mmu()函数的最后可以看到。

建立好一级页表后,这时我们就可以打开MMU,就可以放心大胆地使用虚拟地址了。使能MMU的代码如下:

__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

ENDPROC(__enable_mmu)

__turn_mmu_on:

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

ENDPROC(__turn_mmu_on)

这段代码很简单,就是把一级页表的基地址放到CP15的c2中,然后打开MMU。执行到最后,把r13赋值给pc,就是跳转到__swtich_data处执行。

1.6 __mmap_switched()

我们可以在arch/arm/kernel/head-common.S找到__switch_data的定义:

__switch_data:

.long __mmap_switched

.long __data_loc @ r4

.long __data_start @ r5

.long __bss_start @ r6

.long _end @ r7

.long processor_id @ r4

.long __machine_arch_type @ r5

.long __atags_pointer @ r6

.long cr_alignment @ r7

.long init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp

可见标号__switch_data的值就等同于__mmap_switched()函数的指针地址。__mmap_switch()函数定义如下:

__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

mov fp, #0 @ Clear BSS (and zero fp)

1: cmp r6, r7

strcc fp, [r6],#4

bcc 1b

ldmia r3, {r4, r5, r6, r7, sp}

str r9, [r4] @ Save processor ID

str r1, [r5] @ Save machine type

str r2, [r6] @ Save atags pointer

bic r4, r0, #CR_A @ Clear 'A' bit

stmia r7, {r0, r4} @ Save control register values

b start_kernel

ENDPROC(__mmap_switched)

这段代码很简单,就是拷贝数据到数据段;清BSS;然后保存处理器ID,机器类型和atag指针到内存的相应位置(因为接下来既要跳到c语言环境执行了,必须要把之前有意义的寄存器加以保存);跳转到start_kernel()函数,进入操作系统环境。