這是以前玩Arm的時候寫的~
板子:朗成AT2440EVB 內核:2.6.18-2 BootLoader在引導啟動內核的時候需要設置3個寄存器 R0 – 0 R1 – 板子的ID號 R2 – 內核的參數(shù)鏈表地址,也就是TAG鏈表 內核在編譯之后會進行再連接,連接的腳本在/arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S中 SECTIONS { #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL . = XIP_VIRT_ADDR(CONFIG_XIP_PHYS_ADDR); #else . = PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET; #endif .init : { /* Init code and data */ _stext = .; _sinittext = .; *(.init.text) _einittext = .; ................................................. } | PAGE_OFFSET為0xC000 0000 是內核空間的虛擬地址起始處 TEXT_OFFSET 為0x8000 是相對于內核空間的代碼段起始處偏移值 這里PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET也就是內核代碼段起始處的虛擬地址,為0xC000 8000 而在這個地址的代碼為_stext _stext在/arch/arm/kernel/head.S中 __INIT .type stext, %function ENTRY(stext) //SVC模式,禁止中斷和快速中斷 msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE // ensure svc mode // and irqs disabled //MRC p15,0,Rd,c0,c0,0 ; returns ID register //用R9保存處理器的ID號 mrc p15, 0, r9, c0, c0 // get processor id //跳轉到__lookup_processor_type //并將下一條指令的地址賦給LR寄存器 bl __lookup_processor_type // r5=procinfo r9=cpuid //將R5的值賦給R10,同時檢測R5的值是否為0 movs r10, r5 // invalid processor (r5=0)? //為0則跳轉到出錯處理 beq __error_p // yes, error 'p' //不為0則跳轉到__lookup_machine_type //并將下一條指令的地址賦給LR寄存器 bl __lookup_machine_type // r5=machinfo //將R5的值賦給R8,同時檢測R5的值是否為0 movs r8, r5 // invalid machine (r5=0)? //為0則跳轉到出錯處理 beq __error_a // yes, error 'a' //不為0則跳轉到__create_page_tables //并將下一條指令的地址賦給LR寄存器 bl __create_page_tables /* * The following calls CPU specific code in a position independent * manner. See arch/arm/mm/proc-*.S for details. r10 = base of * xxx_proc_info structure selected by __lookup_machine_type * above. On return, the CPU will be ready for the MMU to be * turned on, and r0 will hold the CPU control register value. */ //將__switch_data處的地址賦給R13 ldr r13, __switch_data // address to jump to after // mmu has been enabled //將__enable_mmu處的地址賦給LR寄存器 adr lr, __enable_mmu // return (PIC) address //將proc_info_list結構中的__cpu_flush成員的值賦給pc //也就是跳轉到__cpu_flush中執(zhí)行 add pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC | 首先是__lookup_processor_type,它負責尋找處理器ID號對應的proc_info_list結構 __lookup_processor_type在arch/arm/kernel/head-common.S中 .type __lookup_processor_type, %function __lookup_processor_type: //讀取下面標號3處的地址到R3中 adr r3, 3f //將標號3處地址的內容裝載到R5-R7中 //R7 - . //R6 - __proc_info_end //R5 - __proc_info_begin ldmda r3, {r5 - r7} //計算物理地址和虛擬地址之間的差值 sub r3, r3, r7 // get offset between virt&phys //補償差值 add r5, r5, r3 // convert virt addresses to //補償差值 add r6, r6, r3 // physical address space //讀取proc_info_list結構中的內容到R3和R4 //R3 -cpu_val //R4 -cpu_mask 1: ldmia r5, {r3, r4} // value, mask //用R4與上R9,只關注需要的位 and r4, r4, r9 // mask wanted bits //比較R3和R4是否相等 teq r3, r4 //相等則跳轉到下面標號2處 beq 2f //不等則取得下一個proc_info_list結構 add r5, r5, #PROC_INFO_SZ // sizeof(proc_info_list) //測試R5和R6是否相等,相等則說明proc_info_list結構歷遍完畢 cmp r5, r6 //R5和R6不等則跳轉到上面的標號1處 blo 1b //R5和R6相等則將R5設置為0 mov r5, #0 // unknown processor //將LR寄存器中的值賦給PC 2: mov pc, lr .long __proc_info_begin .long __proc_info_end 3: .long . .long __arch_info_begin .long __arch_info_end | 由于剛進入引導程序,這個時候MMU還有沒開啟,所以需要手工計算虛擬地址和物理地址之間的差值 __proc_info_begin和__proc_info_end在/arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S的連接腳本中,用于標注proc_info_list結構的起始和結束地址 這里處理器為Arm920T,所以對應的proc_info_list結構在/arch/arm/mm/proc-arm920.S中 執(zhí)行完畢后回到stext,來到__lookup_machine_type,它負責尋找板子ID號對應的machine_desc結構 __lookup_machine_type在arch/arm/kernel/head-common.S中 .long __proc_info_begin .long __proc_info_end 3: .long . .long __arch_info_begin .long __arch_info_end .type __lookup_machine_type, %function __lookup_machine_type: //將上面標號3處的地址賦給R3 adr r3, 3b //讀取R3中的內容到R4-R6 //R4 - . //R5 - __arch_info_begin //R6 - __arch_info_end ldmia r3, {r4, r5, r6} //計算物理地址和虛擬地址之間的差值 sub r3, r3, r4 // get offset between virt&phys //補償差值 add r5, r5, r3 // convert virt addresses to //補償差值 add r6, r6, r3 // physical address space //讀取R5所指的machine_desc結構中的machinfo_type成員到R3中 1: ldr r3, [r5, #MACHINFO_TYPE] // get machine type //比較R3和R1是否相等 teq r3, r1 // matches loader number? //相等則跳轉到下面的標號2處 beq 2f // found //不等則將R5指向下一個machine_desc結構 add r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC // next machine_desc //檢測R5和R6是否相等 cmp r5, r6 //不等則跳轉到上面的標號1處 blo 1b //相等則將R5賦為0 mov r5, #0 // unknown machine //將LR寄存器中的值賦給PC 2: mov pc, lr | __arch_info_begin和__arch_info_end在/arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S的連接腳本中,用于標注machine_desc結構的起始和結束地址 這里板子ID號對應的machine_desc結構在/arch/arm/mach-s3c2410/mach-sbz2440.c中 MACHINE_START(SBZ2440, "SBZ2440") .phys_io = S3C2410_PA_UART, .io_pg_offst = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc, .boot_params = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,
.init_irq = s3c24xx_init_irq, .map_io = smdk2440_map_io, .init_machine = smdk2440_machine_init, .timer = &s3c24xx_timer, MACHINE_END | MACHINE_START和MACHINE_END都是宏,在/include/asm/mach/arch.h中 #define MACHINE_START(_type,_name) \ static const struct machine_desc __mach_desc_##_type \ __attribute_used__ \ __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = { \ .nr = MACH_TYPE_##_type, \ .name = _name,
#define MACHINE_END \ }; | 這里machine_desc結構所在的文件是由用戶自己編寫的,朗成自己改了一個mach-sbz2440.c給AT2440EVB使用 執(zhí)行完畢后就回到stext,來到__create_page_tables,它負責執(zhí)行第一階段,也就是內核引導階段所要使用的分頁初始化 __create_page_tables在/arch/arm/kernel/head.S中 .type __create_page_tables, %function __create_page_tables: // .macro pgtbl, rd // ldr \rd, =(__virt_to_phys(KERNEL_RAM_ADDR - 0x4000)) // .endm //#define __virt_to_phys(x) ((x) - PAGE_OFFSET + PHYS_OFFSET) //PAGE_OFFSET = 0xC000 0000 //PHYS_OFFSET = 0x3000 0000 //#define KERNEL_RAM_ADDR (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET) //PAGE_OFFSET = 0xC000 0000 //TEXT_OFFSET = 0x8000 //R4 = 0x3000 4000 pgtbl r4 // page table address /* * Clear the 16K level 1 swapper page table */ //將R4的值賦給R0 mov r0, r4 //將R3設為0 mov r3, #0 //R6 = R0 + 0x4000 //R6 = 0x3000 8000 add r6, r0, #0x4000 //將0x30004000 - 0x30008000區(qū)域的值清零 //將R3的值賦給R0所指的地址,并且R0的值自加4 1: str r3, [r0], #4 str r3, [r0], #4 str r3, [r0], #4 str r3, [r0], #4 //當R0 = 0x30008000時初始化完畢 teq r0, r6 //R0未到達0x30008000時則返回上面的標號1處繼續(xù)初始化 bne 1b //讀取proc_info_list結構中的__cpu_mm_mmu_flags成員到R7中 //這個值為0xC1D 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. */ //將PC寄存器的值向右移20位,取得高12位賦給R6 //這里R6為0x300,因為將內核解壓到了物理地址0x3000 8000,則PC的最高12位為0x300 mov r6, pc, lsr #20 // start of kernel section //將R6的值向左移20位后或上R7保存在R3中 orr r3, r7, r6, lsl #20 // flags + kernel base //[0x3000 4000] = 0x3000 0C1D str r3, [r4, r6, lsl #2] // identity mapping /* * Now setup the pagetables for our kernel direct * mapped region. We round TEXTADDR down to the * nearest megabyte boundary. It is assumed that * the kernel fits within 4 contigous 1MB sections. */ //PAGE_OFFSET = 0xC000 0000 //TEXT_OFFSET = 0x8000 //#define KERNEL_RAM_ADDR (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET) //#define TEXTADDR KERNEL_RAM_ADDR add r0, r4, #(TEXTADDR & 0xff000000) >> 18 // start of kernel //[0x3000 7000] = 0x3000 0C1D str r3, [r0, #(TEXTADDR & 0x00f00000) >> 18]! add r3, r3, #1 << 20 //[0x3000 7004] = 0x3010 0C1D str r3, [r0, #4]! // KERNEL + 1MB add r3, r3, #1 << 20 //[0x3000 7008] = 0x3020 0C1D str r3, [r0, #4]! // KERNEL + 2MB add r3, r3, #1 << 20 //[0x3000 700C] = 0x3030 0C1D str r3, [r0, #4] // KERNEL + 3MB /* * Then map first 1MB of ram in case it contains our boot params. */ //R0 = 0x3000 4000 + 0x3000 add r0, r4, #PAGE_OFFSET >> 18 //R6 = R7 | 0x3000 0000 orr r6, r7, #PHYS_OFFSET //[0x3000 7000] = 0x3000 0C1D str r6, [r0] mov pc, lr | 上面代碼中還有一部分宏判斷語句,因為這里不會執(zhí)行,我就不貼出來了 PAGE_OFFSET為0xC000 0000 是內核空間的虛擬地址起始處 TEXT_OFFSET 為0x8000 是相對于內核空間的代碼段起始處偏移值 PHYS_OFFSET 為0x3000 0000 是RAM所在的BANK物理地址的起始處 這是我的板子上的設置,因為RAM是接在了BANK6上,而BANK6的起始地址為0x3000 0000,所以PHYS_OFFSET 為0x3000 0000 小結一下,這里將物理地址0x3000 4000 – 0x3000 8000處的內容全部清0 然后設置了以下地址的描述符 [0x3000 4000] = 0x3000 0C1D [0x3000 7000] = 0x3000 0C1D [0x3000 7004] = 0x3010 0C1D [0x3000 7008] = 0x3020 0C1D [0x3000 700C] = 0x3030 0C1D __create_page_tables執(zhí)行完后回到stext中,接下來是以下3步 //將__switch_data處的地址賦給R13 ldr r13, __switch_data //將__enable_mmu處的地址賦給LR寄存器 adr lr, __enable_mmu //將proc_info_list結構中的__cpu_flush成員的值賦給pc //也就是跳轉到__cpu_flush中執(zhí)行 add pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC __enable_mmu和__switch_data等用到的時候再說 現(xiàn)在先來看看add pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC R10在之前指向了ARM920所對應的proc_info_list結構 這個結構在/arch/arm/mm/proc-arm920.S中 結構如下: __arm920_proc_info: //cpu_val .long 0x41009200 //cpu_mask .long 0xff00fff0 //__cpu_mm_mmu_flags .long PMD_TYPE_SECT | \ PMD_SECT_BUFFERABLE | \ PMD_SECT_CACHEABLE | \ PMD_BIT4 | \ PMD_SECT_AP_WRITE | \ PMD_SECT_AP_READ //__cpu_io_mmu_flags .long PMD_TYPE_SECT | \ PMD_BIT4 | \ PMD_SECT_AP_WRITE | \ PMD_SECT_AP_READ //__cpu_flush b __arm920_setup //arch_name .long cpu_arch_name //elf_name .long cpu_elf_name //elf_hwcap .long HWCAP_SWP | HWCAP_HALF | HWCAP_THUMB //cpu_name .long cpu_arm920_name //proc .long arm920_processor_functions //tlb .long v4wbi_tlb_fns //user .long v4wb_user_fns //cache #ifndef CONFIG_CPU_DCACHE_WRITETHROUGH .long arm920_cache_fns #else .long v4wt_cache_fns | 對應的結構聲明在/include/asm-arm/procinfo.h中 這里PROCINFO_INITFUNC取的是__cpu_flush,也就是__arm920_setup __arm920_setup在/arch/arm/mm/proc-arm920.S中,如下: __INIT .type __arm920_setup, #function __arm920_setup: mov r0, #0 //Invalidate ICache and DCache SBZ MCR p15,0,Rd,c7,c7,0 mcr p15, 0, r0, c7, c7 // invalidate I,D caches on v4 //Drain write buffer SBZ MCR p15,0,Rd,c7,c10,4 //Stops execution until the write buffer has drained. mcr p15, 0, r0, c7, c10, 4 // drain write buffer on v4 #ifdef CONFIG_MMU //Invalidate TLB(s) SBZ MCR p15,0,Rd,c8,c7,0 mcr p15, 0, r0, c8, c7 // invalidate I,D TLBs on v4 #endif //加載下面標號為arm920_crval的地址 adr r5, arm920_crval //加載R5所指的地址內容到R5和R6中 //R5 - clear //當CONFIG_MMU為真時 //R6 - mmuset //當CONFIG_MMU為假時 //R6 - ucset ldmia r5, {r5, r6} //MRC p15, 0, Rd, c1, c0, 0 ; read control register //讀取控制寄存器信息到R0中 mrc p15, 0, r0, c1, c0 // get control register v4 //清除不需要的位 bic r0, r0, r5 //置需要的位為真 orr r0, r0, r6 mov pc, lr .size __arm920_setup, . - __arm920_setup /* * R * .RVI ZFRS BLDP WCAM * ..11 0001 ..11 0101 * */ .type arm920_crval, #object arm920_crval: // .macro crval, clear, mmuset, ucset //#ifdef CONFIG_MMU // .word \clear // .word \mmuset //#else // .word \clear // .word \ucset //#endif // .endm crval clear=0x00003f3f, mmuset=0x00003135, ucset=0x00001130 | SBZ的意思為0,這里也就是需要的參數(shù)為0,所以需要先把R0置0 crval是一個宏 .macro crval, clear, mmuset, ucset #ifdef CONFIG_MMU .word \clear .word \mmuset #else .word \clear .word \ucset #endif .endm 當CONFIG_MMU為真時則 arm920_crval: .word 0x00003f3f .word 0x00003135 為假時則 arm920_crval: .word 0x00003f3f .word 0x00001130 最后執(zhí)行mov pc, lr 在之前內核將LR設為了__enable_mmu __enable_mmu在/arch/arm/kernel/head.S中,如下 .type __enable_mmu, %function __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 //#define domain_val(dom,type) ((type) << (2*(dom))) // #define DOMAIN_KERNEL 2 //#define DOMAIN_TABLE 2 //#define DOMAIN_USER 1 //#define DOMAIN_IO 0 //#define DOMAIN_MANAGER 3 //#define DOMAIN_CLIENT 1 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, Rd, c3, c0, 0 ; write domain 15:0 access permissions mcr p15, 0, r5, c3, c0, 0 // load domain access register //MCR p15, 0, Rd, c2, c0, 0 ; write TTB register //填寫基地址 //R4在之前設置為了0x3000 4000 mcr p15, 0, r4, c2, c0, 0 // load page table pointer b __turn_mmu_on | 主要就是填寫了節(jié)基地址寄存器,設置基地址為0x3000 4000 然后轉到__turn_mmu_on __turn_mmu_on也在/arch/arm/kernel/head.S中,如下 __turn_mmu_on: mov r0, r0 //MCR p15, 0, Rd, c1, c0, 0 ; write control register mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 // write control reg //MRC p15,0,Rd,c0,c0,0 ; returns ID register mrc p15, 0, r3, c0, c0, 0 // read id reg mov r3, r3 mov r3, r3 mov pc, r13 | ARM9是5級流水線,分別為 1. 取指 2. 譯碼 3. 執(zhí)行 4. 緩沖 5. 回寫 第一步mov r0, r0和之前的b __turn_mmu_on一起考慮 在之前的mcr p15, 0, r4, c2, c0, 0 的指令中會裝載節(jié)基地址,但是這個時候只是取指,到執(zhí)行還需要2個指令周期, b __turn_mmu_on是第一個指令周期,所以還需要mov r0, r0做第二個指令周期來讓mcr p15, 0, r4, c2, c0, 0得以真正的執(zhí)行 下面的mov r3, r3同理 最后mov pc, r13 R13在之前設置為__switch_data __switch_data在/arch/arm/kernel/head-common.S中,如下: .type __switch_data, %object __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 cr_alignment // r6 .long init_thread_union + THREAD_START_SP // sp | R13中就是__mmap_switched的地址, mov pc, r13等于去執(zhí)行__mmap_switched所指的指令 __mmap_switched在/arch/arm/kernel/head-common.S中,如下: .type __mmap_switched, %function __mmap_switched: //加載__switch_data+4處的地址給R3 //也就是__data_loc的地址 adr r3, __switch_data + 4 //加載R3處的內容給R4-R7 //并且將地址回寫到R3,最后R3指向processor_id //R4 - __data_loc 數(shù)據(jù)存放的位置 //R5 - __data_start 數(shù)據(jù)開始的位置 //R6 - __bss_start BSS段開始的位置 //R7 - _end BSS段結束位位置,也是內核結束的位置 ldmia {r4, r5, r6, r7} //檢測__data_loc和__data_start是否相等 cmp r4, r5 // Copy data segment if needed //不等則執(zhí)行拷貝 //將__data_loc開始處的內容拷貝到__data_start開始的位置 1: cmpne r5, r6 ldrne fp, [r4], #4 strne fp, [r5], #4 bne 1b //將FP指針置0 mov fp, #0 // Clear BSS (and zero fp) //將__bss_start到_end中的內容清0 1: cmp r6, r7 strcc fp, [r6],#4 bcc 1b //加載R3處的內容給R4-R6,SP //R4 - processor_id //R5 - __machine_arch_type //R6 - cr_alignment //SP - init_thread_union + THREAD_START_SP ldmia r3, {r4, r5, r6, sp} //將R9中的值保存到processor_id //也就是保存處理器ID號 str r9, [r4] // Save processor ID //將R1中的值保存到__machine_arch_type //也就是保存板子的ID號 str r1, [r5] // Save machine type //清除R0中的A位后保存到R4中 bic r4, r0, #CR_A // Clear 'A' bit //將R0和R4中的值保存到R6所指的地址 //R6所指的地址在arch/arm/kernel/entry-armv.S // .globl cr_alignment // .globl cr_no_alignment //cr_alignment: // .space 4 //cr_no_alignment: // .space 4 //cr_alignment <-R0 //cr_no_alignment <-R4 stmia r6, {r0, r4} // Save control register values //進入到start_kernel b start_kernel | 注釋都有了~ 最后就是跳轉到start_kernel,進行第二階段,也就是內核的初始化 下面對ARM的分頁進行一下介紹 ARM的分頁分為兩層,第一層為必選,稱為分節(jié),將內存分為每個1MB的區(qū)域,第二層為可選,是將第一層中的1MB區(qū)域再進行劃分成1KB,4KB或者64KB大小的頁 引導啟動中只使用了第一層分節(jié),未使用第二層分頁,下圖描述了分節(jié)的取址
上圖中的RS為系統(tǒng)使用的屬性~ 我這里就不介紹了~ 分節(jié)取址主要分成了2步,我這里以虛擬地址0xC000 8000介紹之前分頁初始化進行的設置: 1. 取得節(jié)描述符,使用節(jié)基地址寄存器中的節(jié)基地址與虛擬地址中的節(jié)索引進行組合,這里節(jié)基地址為0x3000 4000 它的31-14位為0011 0000 0000 0000 01 ,虛擬地址為0xC000 8000,所以節(jié)索引為1100 0000 0000 ,組合得 0011 0000 0000 0000 0111 0000 0000 0000 ,也就是0x3000 7000,取物理地址0x3000 7000處的節(jié)描述符 2. 取得物理地址,使用節(jié)描述符中的節(jié)物理基地址和虛擬地址中的節(jié)偏移進行組合,這里0x3000 7000處的節(jié)描述符為0x3000 0C1D,則其節(jié)物理基地址為0011 0000 0000,虛擬地址為0xC000 8000,所以節(jié)偏移為0000 1000 0000 0000 0000,與節(jié)物理基地址進行組合,得0011 0000 0000 0000 1000 0000 0000,也就是0x3000 8000 虛擬地址0xC000 8000也就是物理地址0x3000 8000 | |