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    arm linux 從入口到start_kernel 代碼分析 - 4

    作者: 時(shí)間:2016-11-10 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
    3. 創(chuàng)建頁表

    通過前面的兩步,我們已經(jīng)確定了processor type 和 machine type.
    此時(shí),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 (通過cp15協(xié)處理器獲得的cpu id)
    r10 = procinfo (struct proc_info_list的基地址)

    本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/201611/317210.htm

    創(chuàng)建頁表是通過函數(shù) __create_page_tables 來實(shí)現(xiàn)的.
    這里,我們使用的是arm的L1主頁表,L1主頁表也稱為段頁表(section page table)
    L1 主頁表將4 GB 的地址空間分成若干個(gè)1 MB的段(section),因此L1頁表包含4096個(gè)頁表項(xiàng)(section entry). 每個(gè)頁表項(xiàng)是32 bits(4 bytes)
    因而L1主頁表占用 4096 *4 = 16k的內(nèi)存空間.

    對(duì)于ARM926,其L1 section entry的格式為:(可參考arm926EJS TRM):


    31 20 19 12 11 10 9 8 5 4 3 2 1 0
    +------------------------------+------------+-----+-+--------+-+-+-+-+-+
    | | | | | | | | | | |
    | Base Address | SBZ | AP |0| Domain |1|C|B|1|0|
    | | | | | | | | | | |
    +------------------------------+------------+-----+-+--------+-+-+-+-+-+


    B - Write Buffer Bit

    C - Cache Bit


    +---------------------------------------------------+
    | Data Cache |
    +-----------+------------+--------------------------+
    | Cache Bit | Buffer Bit | Page attribute |
    +-----------+------------+--------------------------+
    | 0 | 0 | not cached, not buffered |
    +-----------+------------+--------------------------+
    | 0 | 1 | not cached, buffered |
    +-----------+------------+--------------------------+
    | 1 | 0 | cached, writethrough |
    +-----------+------------+--------------------------+
    | 1 | 1 | cached, writeback |
    +-----------+------------+--------------------------+

    下面我們來分析 __create_page_tables 函數(shù):

    在 arch/arm/kernel/head.S 中:

    00206: .type__create_page_tables, %function
    00207: __create_page_tables:
    00208: pgtblr4@ page table address
    00209:
    00210:
    00213: movr0, r4
    00214: movr3, #0
    00215: addr6, r0, #0x4000
    00216: 1:strr3, [r0], #4
    00217: strr3, [r0], #4
    00218: strr3, [r0], #4
    00219: strr3, [r0], #4
    00220: teqr0, r6
    00221: bne1b
    00222:
    00223: ldrr7, [r10, #PROCINFO_MM_MMUFLAGS] @ mm_mmuflags
    00224:
    00225:
    00231: movr6, pc, lsr #20@ start of kernel section
    00232: orrr3, r7, r6, lsl #20@ flags + kernel base
    00233: strr3, [r4, r6, lsl #2]@ identity mapping
    00234:
    00235:
    00239: addr0, r4, #(TEXTADDR & 0xff000000) >> 18@ start of kernel
    00240: strr3, [r0, #(TEXTADDR & 0x00f00000) >> 18]!
    00241:
    00242: ldrr6, =(_end - PAGE_OFFSET - 1)@ r6 = number of sections
    00243: movr6, r6, lsr #20@ needed for kernel minus 1
    00244:
    00245: 1:addr3, r3, #1 << 20
    00246: strr3, [r0, #4]!
    00247: subsr6, r6, #1
    00248: bgt1b
    00249:
    00250:
    00253: addr0, r4, #PAGE_OFFSET >> 18
    00254: orrr6, r7, #PHYS_OFFSET
    00255: strr6, [r0]

    ...

    00314:movpc, lr
    00315:.ltorg

    206, 207行: 函數(shù)聲明
    208行: 通過宏 pgtbl 將r4設(shè)置成頁表的基地址(物理地址)
    宏pgtbl 在 arch/arm/kernel/head.S 中:

    00042:.macropgtbl, rd
    00043:ldrrd, =(__virt_to_phys(KERNEL_RAM_ADDR - 0x4000))
    00044:.endm

    可以看到,頁表是位于 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


    下面從213行 - 221行, 是將這16k 的頁表清0.
    213行: r0 = r4, 將頁表基地址存在r0中
    214行: 將 r3 置成0
    215行: r6 = 頁表基地址 + 16k, 可以看到這是頁表的尾地址
    216 - 221 行: 循環(huán),從 r0 到 r6 將這16k頁表用0填充.

    223行: 獲得proc_info_list的__cpu_mm_mmu_flags的值,并存儲(chǔ)到 r7中. (宏P(guān)ROCINFO_MM_MMUFLAGS是在arch/arm/kernel/asm-offset.c中定義)


    231行: 通過pc值的高12位(右移20位),得到kernel的section,并存儲(chǔ)到r6中.因?yàn)楫?dāng)前是通過運(yùn)行時(shí)地址得到的kernel的section,因而是物理地址.
    232行: r3 = r7 | (r6 << 20); flags + kernel base,得到頁表中需要設(shè)置的值.
    233行: 設(shè)置頁表: mem[r4 + r6 * 4] = r3
    這里,因?yàn)轫摫淼拿恳豁?xiàng)是32 bits(4 bytes),所以要乘以4(<<2).
    上面這三行,設(shè)置了kernel的第一個(gè)section(物理地址所在的page entry)的頁表項(xiàng)

    239, 240行: TEXTADDR是內(nèi)核的起始虛擬地址(0xc0008000), 這兩行是設(shè)置kernel起始虛擬地址的頁表項(xiàng)(注意,這里設(shè)置的頁表項(xiàng)和上面的231 - 233行設(shè)置的頁表項(xiàng)是不同的 )
    執(zhí)行完后,r0指向kernel的第2個(gè)section的虛擬地址所在的頁表項(xiàng).


    242行: 這一行計(jì)算kernel鏡像的大小(bytes).
    _end 是在vmlinux.lds.S中162行定義的,標(biāo)記kernel的結(jié)束位置(虛擬地址):
    00158 .bss : {
    00159__bss_start = .;
    00160*(.bss)
    00161*(COMMON)
    00162_end = .;
    00163}

    kernel的size = _end - PAGE_OFFSET -1, 這里 減1的原因是因?yàn)?_end 是 location counter,它的地址是kernel鏡像后面的一個(gè)byte的地址.

    243行: 地址右移20位,計(jì)算出kernel有多少sections,并將結(jié)果存到r6中

    245 - 248行: 這幾行用來填充kernel所有section虛擬地址對(duì)應(yīng)的頁表項(xiàng).

    253行: 將r0設(shè)置為RAM第一兆虛擬地址的頁表項(xiàng)地址(page entry)
    254行: r7中存儲(chǔ)的是mmu flags, 邏輯或上RAM的起始物理地址,得到RAM第一個(gè)MB頁表項(xiàng)的值.
    255行: 設(shè)置RAM的第一個(gè)MB虛擬地址的頁表.
    上面這三行是用來設(shè)置RAM中第一兆虛擬地址的頁表. 之所以要設(shè)置這個(gè)頁表項(xiàng)的原因是RAM的第一兆內(nèi)存中可能存儲(chǔ)著boot params.

    這樣,kernel所需要的基本的頁表我們都設(shè)置完了, 如下圖所示:

    _,,_ _,,_
    -` `-.,,. -` `-.,,.
    | | | |
    | | | |
    | | | |
    | | | |
    | | | |
    | | | |
    | | | |
    | | | |
    +-----------+ | |
    | | | |
    | |------------- | |
    | | | | |
    | KERNEL | | | |
    | | | | |
    | | | | |
    | | | | |
    | | | | |
    +0x8000 ->+-----------+-------- | | |
    | | | | | |
    | L1 | | | | |
    | Page Table| | | | |
    | | | | | |
    +0x4000 ->+-----------+ | | | |
    | | | | +-----------+
    | Boot | | | | |
    | Params | | | | |
    | | | | | |
    PAGE_OFFSET(3G) ->+-----------+--- | | | |
    | | | | | | |
    | | | | | | |
    | | | | | | |
    | | | | | | |
    | | | | | | |
    | | | | | | |
    | | | | | +-----------+
    | | | | | | |
    | | | | -->| |
    | | | | | |
    | | | | | KERNEL |
    | | | | | |
    | | | | | |
    +- - - - - -+ | | | |
    | 1MB | | | | |
    PHYS_OFFSET+0x8000 ->+- - - - - -+--------+------->-----------+<- +0x8000
    | | | | |
    | | | | L1 |
    | | | | Page Table|
    | | | | |
    | | | +-----------+<- +0x4000
    | | | | |
    | | | | Boot |
    | | | | Params |
    | | | | |
    | | ------------>+-----------+<- PHYS_OFFSET
    | | | |
    | | | _,,_ |
    | | -` `-.,,.
    0 --+-----------+

    VIRT Address PHYS Address



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