[kernel 启动流程] （第二章）第一阶段之——设置SVC、关闭中断

本文是基于arm平台。例子都是以tiny210（s5pv210 armv7）为基础的。
[kernel 启动流程]系列：

• [kernel 启动流程] 前篇——vmlinux.lds分析
• [kernel 启动流程] （第一章）概述
• [kernel 启动流程] （第二章）第一阶段之——设置SVC、关闭中断
• [kernel 启动流程] （第三章）第一阶段之——proc info的获取
• [kernel 启动流程] （第四章）第一阶段之——dtb的验证
• [kernel 启动流程] （第五章）第一阶段之——临时内核页表的创建
• [kernel 启动流程] （第六章）第一阶段之——打开MMU
• [kernel 启动流程] （第七章）第一阶段之——跳转到start_kernel

建议参考文档：

• ARMV7官方数据手册
• ARM的CP15协处理器的寄存器

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零、说明

本文是《[kernel 启动流程] （第一章）概述》的延伸，
阅读本文前建议先阅读《[kernel 启动流程] （第一章）概述》

1、kernel启动流程第一阶段简单说明

arch/arm/kernel/head.S

• kernel入口地址对应stext

ENTRY(stext)

• 第一阶段要做的事情，也就是stext的实现内容

  • 设置为SVC模式，关闭所有中断
  • 获取CPU ID，提取相应的proc info
  • 验证tags或者dtb
  • 创建页表项
  • 配置r13寄存器，也就是设置打开MMU之后要跳转到的函数。
  • 使能MMU
  • 跳转到start_kernel，也就是跳转到第二阶段

本文要介绍的是“设置为SVC模式，关闭所有中断”的部分。分成两部分说明，设置为SVC模式，关闭所有中断。

2、疑问

主要带着以下几个问题去理解

• 设置SVC模式
  
  • 什么是SVC模式？
  • 为什么要设置成SVC模式？
  • 如何设置成SVC模式
• 关闭所有中断
  
  • 为什么要关闭所有中断？
  • 如何关闭所有中断？
    对应代码

ENTRY(stext)    @ ensure svc mode and all interrupts masked    safe_svcmode_maskall r9

safe_svcmode_maskall实现代码如下：
arch/arm/include/asm/assembler.h

.macro safe_svcmode_maskall reg:req#if __LINUX_ARM_ARCH__ >= 6 && !defined(CONFIG_CPU_V7M)    mrs \reg , cpsr    eor \reg, \reg, #HYP_MODE    tst \reg, #MODE_MASK    bic \reg , \reg , #MODE_MASK    orr \reg , \reg , #PSR_I_BIT | PSR_F_BIT | SVC_MODETHUMB(  orr \reg , \reg , #PSR_T_BIT    )    bne 1f    orr \reg, \reg, #PSR_A_BIT    badr    lr, 2f    msr spsr_cxsf, \reg    __MSR_ELR_HYP(14)    __ERET1:  msr cpsr_c, \reg2:

这部分代码也就是后面要讲述的“设置为SVC模式，关闭所有中断”的核心

一、设置为SVC模式

1、ARM7体系的几种工作模式（什么是SVC模式？）

ARM7体系的cpu有如下七种工作模式。具体参考《ARMV7官方数据手册 B1.3.1 ARM processor modes》。
* 用户模式（USR）
普通模式
正常程序工作模式，此模式下程序不能够访问一些受操作系统保护的系统资源，应用程序也不能直接进行处理器模式的切换。
* 系统模式（SYS）
特权模式
操作系统特权任务模式，用于支持操作系统的特权任务等，可以访问系统保护的系统资源，也可以直接切换到其它模式等特权。
* 管理模式（SVC）
特权模式、异常模式
操作系统保护模式
* 快中断模式（FIQ）
特权模式、异常模式
支持高速数据传输及通道处理，FIQ异常响应时进入此模式。
* 中断模式（IRQ）
特权模式、异常模式
用于通用中断处理，IRQ异常响应时进入此模式。
* 中止模式（ABT）
特权模式、异常模式
用于支持虚拟内存和/或存储器保护。
* 未定义模式（UND）
特权模式、异常模式
支持硬件协处理器的软件仿真，未定义指令异常响应时进入此模式。

2、为什么要设置成SVC模式？

除了用户模式之外的其他6种处理器模式称为特权模式。
特权模式下，程序可以访问所有的系统资源（除了特定模式下的影子寄存器），也可以任意地进行处理器模式的切换。
特权模式中，除系统模式外，其他5种模式又称为异常模式。
* 用户模式下访问的资源受限，故不能使用用户模式
* 系统模式的优先级低于异常模式，故不使用系统模式
* 快中断模式、中断模式、中止模式、未定义模式用于特殊场景下由CPU自动切入，故不使用
所以需要使用SVC模式。（这里是个人见解，如果说法不对还请帮忙指出。）

3、如何设置成SVC模式？

（1）CPSR & SPSR
ARM工作模式的切换由CPSR寄存器控制。
CPSR表示当前程序状态寄存器，SPSR表示备份的程序状态寄存器。
CPSR:程序状态寄存器(current program status register) (当前程序状态寄存器)，在任何处理器模式下被访问。它包含了条件标志位、中断禁止位、当前处理器模式标志以及其他的一些控制和状态位。如下所示（具体参考文档《ARMV7官方数据手册》“Format of the CPSR and SPSRs”一节，这里只列出一些目前我们可能会用到的）：
* 条件标志位（这里可以暂时不关心）

对应位 对应标识 功能说明 31bit N flag 用两个补码表示的带符号的运算结果标识，为1表示负数，为0表示非负数 30bit Z flag 为1表示运算结果为0，为0表示运算结果为非0 29bit C flag 加法运算结果进位标志位 28bit V flag 加减法运算指令符号位溢出标志位

* 控制位

对应位 对应标识 功能说明 7bit flag 为1表示禁止IRQ中断。 6bit F flag 为1表示禁止FIQ中断。 5bit T flag 为1表示程序运行于Thumb状态，否则处于ARM状态。 [4:0] 模式控制位 用于配置CPU当前的工作模式。

（2）工作模式编码
七种工作模式对应在CPSR中的工作模式编码如下：

工作模式 工作模式编码 USR 10000 FIQ 10001 IRQ 10010 SVC 10011 ABT 10111 UND 11011 SYS 11111

综上，需要将CPSR的[4:0]设置成10011就可以切换到SVC模式。

二、关闭所有中断

1、为什么要关闭所有中断？

在启动过程中，中断环境并没有完全准备好，也就是中断向量表和中断处理函数并没有完成设置，一旦有中断产生，可能会导致预想不到的问题，或者是程序跑飞。因此，在准备好中断环境之前，需要关闭所有中断。

2、如何关闭所有中断？

中断的关闭同样由CPSR寄存器来进行控制，具体请看上一一节

对应位 对应标识 功能说明 7bit flag 为1表示禁止IRQ中断。 6bit F flag 为1表示禁止FIQ中断。

综上，需要将CPSR的bit6和bit7设置为1。

三、代码分析

设置为SVC模式和关闭所有中断都是在safe_svcmode_maskall中完成。

ENTRY(stext)    @ ensure svc mode and all interrupts masked    safe_svcmode_maskall r9

safe_svcmode_maskall实现和分析如下：
注意，涉及到Hyper态，但是我没找到关于这个模式的资料，《ARMV7官方数据手册 》也没有说明这个模式。
所以这里关于Hyper mode的代码暂时略过，有兴趣的可以参考http://blog.csdn.net/crosskernel/article/details/21091819
arch/arm/include/asm/assembler.h

.macro safe_svcmode_maskall reg:req#if __LINUX_ARM_ARCH__ >= 6 && !defined(CONFIG_CPU_V7M)    mrs \reg , cpsr                                      eor \reg, \reg, #HYP_MODE    tst \reg, #MODE_MASK    bic \reg , \reg , #MODE_MASK                                             orr \reg , \reg , #PSR_I_BIT | PSR_F_BIT | SVC_MODE  THUMB(  orr \reg , \reg , #PSR_T_BIT    )    bne 1f    orr \reg, \reg, #PSR_A_BIT    badr    lr, 2f    msr spsr_cxsf, \reg                        __MSR_ELR_HYP(14)    __ERET1:  msr cpsr_c, \reg2:

其中主要的关闭中断设置SVC的核心代码如下：

    mrs \reg , cpsr                                          @获取CPSR寄存器的值到临时寄存器中    bic \reg , \reg , #MODE_MASK                                                @清除模式位[4:0]位    orr \reg , \reg , #PSR_I_BIT | PSR_F_BIT | SVC_MODE        @设置BIT6\BIT7,关闭中断，设置[4:0]为SVC_MODE1:  msr cpsr_c, \reg                @存储到CPSR的低八位中，CPSR_C表示CRSR寄存器的低8位，也就是控制域屏蔽字节。

其中
arch/arm/include/uapi/asm/ptrace.h中

#define SVC_MODE    0x00000013#define PSR_F_BIT   0x00000040#define PSR_I_BIT   0x00000080

到这里就实现了工作模式的切换和中断的关闭。