1. kernel運(yùn)行的史前時(shí)期和內(nèi)存布局

     在 arm平臺(tái)下，zImage.bin壓縮鏡像是由bootloader加載到物理內(nèi)存，然后跳到zImage.bin里一段程序，它專門于將被壓縮的 kernel解壓縮到KERNEL_RAM_PADDR開(kāi)始的一段內(nèi)存中，接著跳進(jìn)真正的kernel去執(zhí)行。該kernel的執(zhí)行起點(diǎn)是stext函數(shù)，定義于arch/arm/kernel/head.S。

     1在分析stext函數(shù)前，先介紹此時(shí)內(nèi)存的布局如下圖所示

     在開(kāi)發(fā)板tqs3c2440中，SDRAM連接到內(nèi)存控制器的Bank6中，它的開(kāi)始內(nèi)存地址是0x30000000，大小為64M，即 0x20000000。 arm Linux kernel將SDRAM的開(kāi)始地址定義為PHYS_OFFSET。經(jīng)bootloader加載kernel并由自解壓部分代碼運(yùn)行后，最終kernel 被放置到KERNEL_RAM_PADDR（=PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET，即0x30008000）地址上的一段內(nèi)存，經(jīng)此放置后，kernel代碼以后均不會(huì)被移動(dòng)。

     1在進(jìn)入kernel代碼前，即bootloader和自解壓縮階段，arm未開(kāi)啟MMU功能。因此kernel啟動(dòng)代碼一個(gè)重要功能是設(shè)置好相應(yīng)的頁(yè)表，并開(kāi)啟MMU功能。為了支持MMU功能，kernel鏡像中的所有符號(hào)，包括代碼段和數(shù)據(jù)段的符號(hào)，在鏈接時(shí)都生成了它在開(kāi)啟MMU時(shí)，所在物理內(nèi)存地址映射到的虛擬內(nèi)存地址。

     1以arm kernel第一個(gè)符號(hào)（函數(shù)）stext為例，在編譯鏈接，它生成的虛擬地址是0xc0008000，而放置它的物理地址為0x30008000（還記得這是PHYS_OFFSET+TEXT_OFFSET嗎？）。實(shí)際上這個(gè)變換可以利用簡(jiǎn)單的公式進(jìn)行表示：va = pa – PHYS_OFFSET + PAGE_OFFSET。arm linux最終的kernel空間的頁(yè)表，就是按照這個(gè)關(guān)系來(lái)建立。

     之所以較早提及arm linux 的內(nèi)存映射，原因是在進(jìn)入kernel代碼，里面所有符號(hào)地址值為清一色的0xCXXXXXXX地址，而此時(shí)arm未開(kāi)啟MMU功能，故在執(zhí)行stext 函數(shù)第一條執(zhí)行時(shí)，它的PC值就是stext所在的內(nèi)存地址（即物理地址，0x30008000）。因此，下面有些代碼，需要使用地址無(wú)關(guān)技術(shù)。

     2．一覽stext函數(shù)

     stext函數(shù)定義在Arch/arm/kernel/head.S，它的功能是獲取處理器類型和機(jī)器類型信息，并創(chuàng)建臨時(shí)的頁(yè)表，然后開(kāi)啟MMU功能，并跳進(jìn)第一個(gè)C語(yǔ)言函數(shù)start_kernel。

     stext函數(shù)的在前置條件是：MMU, D-cache, 關(guān)閉; r0 = 0, r1 = machine nr, r2 = atags prointer.

     代碼如下：

1.   .section ".text.head", "ax" 

2. 
   

3. (stext) 

4. 
   

5. /* 設(shè)置CPU運(yùn)行模式為SVC，并關(guān)中斷 */ 

6. 
   

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

8. 
   

9.                                      @ and irqs disabled 

10. 
    

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

12. 
    

13.   bl    __lookup_processor_type         @ r5=procinfo r9=cupid 

14. 
    

15. /* r10指向cpu對(duì)應(yīng)的proc_info記錄 */ 

16. 
    

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

18. 
    

19.   beq __error_p                    @ yes, error 'p' 

20. 
    

21.   bl    __lookup_machine_type            @ r5=machinfo 

22. 
    

23. /* r8 指向開(kāi)發(fā)板對(duì)應(yīng)的arch_info記錄 */ 

24. 
    

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

26. 
    

27.   beq __error_a                    @ yes, error 'a' 

28. 
    

29. /* __vet_atags函數(shù)涉及bootloader造知kernel物理內(nèi)存的情況，我們暫時(shí)不分析它。 */ 

30. 
    

31.   bl    __vet_atags 

32. 
    

33. /*  創(chuàng)建臨時(shí)頁(yè)表 */ 

34. 
    

35.   bl    __create_page_tables 

36. 
    

37. 
    

38. 
    

39.   /*

40. 
    

41.    * The following calls CPU specific code in a position independent

42. 
    

43.    * manner.  See arch/arm/mm/proc-*.S for details.  r10 = base of

44. 
    

45.    * xxx_proc_info structure selected by __lookup_machine_type

46. 
    

47.    * above.  On return, the CPU will be ready for the MMU to be

48. 
    

49.    * turned on, and r0 will hold the CPU control register value.

50. 
    

51.    */ 

52. 
    

53. /* 這里的邏輯關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜，先是從proc_info結(jié)構(gòu)中的中跳進(jìn)__arm920_setup函數(shù)，

54. 
    

55.   * 然后執(zhí)__enable_mmu 函數(shù)。最后在__enable_mmu函數(shù)通過(guò)mov pc, r13來(lái)執(zhí)行__switch_data，

56. 
    

57.   * __switch_data函數(shù)在最后一條語(yǔ)句，魚躍龍門，跳進(jìn)第一個(gè)C語(yǔ)言函數(shù)start_kernel。

58.    */ 

59. 
    

60.   ldr   r13, __switch_data             @ address to jump to after 

61. 
    

62.                                      @ mmu has been enabled 

63. 
    

64.   adr  lr, __enable_mmu        @ return (PIC) address 

65. 
    

66.   add pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC 

67. 
    

68. OC(stext) 

     3 __lookup_processor_type 函數(shù)

     __lookup_processor_type 函數(shù)是一個(gè)非常講究技巧的函數(shù)，如果你將它領(lǐng)會(huì)，也將領(lǐng)會(huì)kernel了一些魔法。

     Kernel 代碼將所有CPU信息的定義都放到.proc.info.init段中，因此可以認(rèn)為.proc.info.init段就是一個(gè)數(shù)組，每個(gè)元素都定義了一個(gè)或一種CPU的信息。目前__lookup_processor_type使用該元素的前兩個(gè)字段cpuid和mask來(lái)匹配當(dāng)前CPUID，如果滿足 CPUID & mask == cpuid，則找到當(dāng)前cpu的定義并返回。

     下面是tqs3c2440開(kāi)發(fā)板，CPU的定義信息，cpuid = 0x41009200，mask = 0xff00fff0。如果是碼是運(yùn)行在tqs3c2440開(kāi)發(fā)板上，那么函數(shù)返回下面的定義：

1.        .section ".proc.info.init", #alloc, #execinstr 

2. 
   

3. 
   

4. 
   

5.        .type       __arm920_proc_info,#object 

6. 
   

7. __arm920_proc_info: 

8. 
   

9.        .long       0x41009200 

10. 
    

11.        .long       0xff00fff0 

12. 
    

13.        .long   PMD_TYPE_SECT |  

14. 
    

15.               PMD_SECT_BUFFERABLE |  

16. 
    

17.               PMD_SECT_CACHEABLE |  

18. 
    

19.               PMD_BIT4 |  

20. 
    

21.               PMD_SECT_AP_WRITE |  

22. 
    

23.               PMD_SECT_AP_READ 

24. 
    

25.        .long   PMD_TYPE_SECT |  

26. 
    

27.               PMD_BIT4 |  

28. 
    

29.               PMD_SECT_AP_WRITE |  

30. 
    

31.               PMD_SECT_AP_READ 

32. 
    

33.       /* __arm920_setup函數(shù)在stext的未尾被調(diào)用，請(qǐng)往回看。*/ 

34. 
    

35.        b     __arm920_setup 

36. 
    

37.        .long       cpu_arch_name 

38. 
    

39.        .long       cpu_elf_name 

40. 
    

41.        .long       HWCAP_SWP | HWCAP_HALF | HWCAP_THUMB 

42. 
    

43.        .long       cpu_arm920_name 

44. 
    

45.        .long       arm920_processor_functions 

46. 
    

47.        .long       v4wbi_tlb_fns 

48. 
    

49.        .long       v4wb_user_fns 

50. 
    

51. #ifndef CONFIG_CPU_DCACHE_WRITETHROUGH 

52. 
    

53.        .long       arm920_cache_fns 

54. 
    

55. #else 

56. 
    

57.        .long       v4wt_cache_fns 

58. 
    

59. #endif 

60. 
    

61.        .size __arm920_proc_info, . - __arm920_proc_info 

1. /*

2. * Read processor ID register (CP#15, CR0), and look up in the linker-built

3. * supported processor list.  Note that we can't use the absolute addresses

4. * for the __proc_info lists since we aren't running with the MMU on

5. * (and therefore, we are not in the correct address space).  We have to

6. * calculate the offset.

7. *

8. *   r9 = cpuid

9. * Returns:

10. *   r3, r4, r6 corrupted

11. *   r5 = proc_info pointer in physical address space

12. *   r9 = cpuid (preserved)

13. */  

14. __lookup_processor_type: 

15.       /* adr 是相對(duì)尋址，它的尋計(jì)算結(jié)果是將當(dāng)前PC值加上3f符號(hào)與PC的偏移量，

16.        * 而PC是物理地址，因此r3的結(jié)果也是3f符號(hào)的物理地址 */ 

17. 
    

18.        adr  r3, 3f 

19. 
    

20.       /* r5值為_(kāi)_proc_info_bein, r6值為_(kāi)_proc_ino_end，而r7值為.，

21.        * 也即3f符號(hào)的鏈接地址。請(qǐng)注意，在鏈接期間，__proc_info_begin和

22.        * __proc_info_end以及.均是鏈接地址，也即虛執(zhí)地址。

23.        */ 

24. 
    

25.        ldmda     r3, {r5 - r7} 

26. 
    

27.      /* r3為3f的物理地址，而r7為3f的虛擬地址。結(jié)果是r3為虛擬地址與物理地址的差值，即PHYS_OFFSET - PAGE_OFFSET。*/ 

28. 
    

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

30. 
    

31.      /* r5為_(kāi)_proc_info_begin的物理地址, 即r5指針__proc_info數(shù)組的首地址 */ 

32. 
    

33.        add r5, r5, r3                     @ convert virt addresses to 

34. 
    

35.      /* r6為_(kāi)_proc_info_end的物理地址 */ 

36. 
    

37.        add r6, r6, r3                     @ physical address space 

38. 
    

39.      /* 讀取r5指向的__proc_info數(shù)組元素的CPUID和mask值 */ 

40. 
    

41. 1:    ldmia      r5, {r3, r4}                  @ value, mask 

42. 
    

43.      /* 將當(dāng)前CPUID和mask相與，并與數(shù)組元素中的CPUID比較是否相同

44.       * 若相同，則找到當(dāng)前CPU的__proc_info定義，r5指向訪元素并返回。

45.       */ 

46. 
    

47.        and  r4, r4, r9                     @ mask wanted bits