Linux内存管理学习3 —— head.S中的段页表的建立

作者

彭东林

pengdonglin137@163.com

平台

TQ2440

Qemu+vexpress-ca9

Linux-4.10.17

正文

继续分析head.S：

     ldr    r13, =__mmap_switched        @ address to jump to after
                         @ mmu has been enabled
     badr    lr, 1f                @ return (PIC) address
     mov    r8, r4                @ set TTBR1 to swapper_pg_dir
     ldr    r12, [r10, #PROCINFO_INITFUNC]
     add    r12, r12, r10
     ret    r12
 :    b    __enable_mmu

第1行将__mmp_switched标号的虚拟地址赋给r13，后面从__turn_mmu_on返回时会用到

第3行将1f标号的物理地址赋给lr，后面从__arm920_setup返回时会用到

第4行将段式页表的物理起始地址赋给r8，对于TQ2440来说，是0x3000_4000，对于vexpress是0x6000_4000

第5行，因为r10指向匹配到的proc_info_list结构体的首地址，对于TQ2440来说，偏移#PROCINFO_INITFUNC得到的是__arm920_setup 与__arm920_proc_info的差值，存放到r12中，此时r10存放的就是__arm920_proc_info物理地址

第6行，r10加r12就得到了__arm920_setup的物理地址，对于vexpress来说是__v7_ca9mp_setup

第7行，开始执行__arm920_setup，定义在arch/arm/mm/proc-arm920.S中

     .type    __arm920_setup, #function
 __arm920_setup:
     mov    r0, #
     mcr    p15, , r0, c7, c7        @ invalidate I,D caches on v4
     mcr    p15, , r0, c7, c10,         @ drain write buffer on v4

     mcr    p15, , r0, c8, c7        @ invalidate I,D TLBs on v4

     adr    r5, arm920_crval
     ldmia    r5, {r5, r6}
     mrc    p15, , r0, c1, c0        @ get control register v4
     bic    r0, r0, r5
     orr    r0, r0, r6
     ret    lr
     .size    __arm920_setup, . - __arm920_setup

     /*
      *  R
      * .RVI ZFRS BLDP WCAM
      * ..11 0001 ..11 0101
      *
      */
     .type    arm920_crval, #object
 arm920_crval:
     crval    clear=0x00003f3f, mmuset=0x00003135, ucset=0x00001130

这个函数执行一些开启MMU之前的准备工作。上面对cache、tlb的操作可以参考手册 ARM920T Technical Reference Manual 的2.3.11 Register 7, cache operations register和2.3.12 Register 8, TLB operations register

第14行执行完毕后，会跳转到前面所说的head.S中的1f标号处，也就是   b __enable_mmu

关于MMU的操作，可以参考手册 ARM920T Technical Reference Manual 的2.3.5 Register 1, control register

回到head.S继续分析。

 __enable_mmu:
 #if defined(CONFIG_ALIGNMENT_TRAP) && __LINUX_ARM_ARCH__ < 6
     orr    r0, r0, #CR_A
 #else
     bic    r0, r0, #CR_A
 #endif

     mov    r5, #DACR_INIT
     mcr    p15, , r5, c3, c0,         @ load domain access register
     mcr    p15, , r4, c2, c0,         @ load page table pointer

     b    __turn_mmu_on

第10行将段表的物理起始地址设置到CP15的C2寄存器中，即0x30004000或者0x60004000，可以参考ARM920T Technical Reference Manual 的2.3.6 Register 2, translation table base (TTB) register

第12行准备打开MMU

下面开始打开MMU：

     .align
     .pushsection    .idmap.text, "ax"
 ENTRY(__turn_mmu_on)
     mov    r0, r0
     instr_sync
     mcr    p15, , r0, c1, c0,         @ write control reg
     mrc    p15, , r3, c0, c0,         @ read id reg
     instr_sync
     mov    r3, r3
     mov    r3, r13
     ret    r3
 __turn_mmu_on_end:
 ENDPROC(__turn_mmu_on)
     .popsection

第6行开启MMU， 由于之前已经建立了映射这部分的段表，所以程序可以继续执行，不会出错

第10行，r13中存放的是__mmap_switched的虚拟地址

第11行，开始跳到__mmap_switched处执行，自此以后的虚拟地址就跟链接地址相同了

__mmap_switched定义在arch/arm/kernel/head-common.S中：

 __mmap_switched:
     adr    r3, __mmap_switched_data

     ldmia    r3!, {r4, r5, r6, r7}
     cmp    r4, r5                @ Copy data segment if needed
 :    cmpne    r5, r6
     ldrne    fp, [r4], #
     strne    fp, [r5], #
     bne    1b

     mov    fp, #                @ Clear BSS (and zero fp)
 :    cmp    r6, r7
     strcc    fp, [r6],#
     bcc    1b

  ARM(    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
     cmp    r7, #
     strne    r0, [r7]            @ Save control register values
     b    start_kernel
 ENDPROC(__mmap_switched)

     .align
     .type    __mmap_switched_data, %object
 __mmap_switched_data:
     .long    __data_loc            @ r4
     .long    _sdata                @ 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
     .size    __mmap_switched_data, . - __mmap_switched_data

这里主要关注一下第16到第23行，这里将r9中存放的CPU ID赋给processor_id， 将dtb所在的物理地址赋给__atags_pointer，将sp设置为init_thread_union + THREAD_START_SP， 这里init_thread_union定义在init/init_task.c中，THREAD_START_SP的值是(8KB-8)，也就是sp指向init进程的内核栈。然后第23行跳转到init/main.c中的start_kernel。

完。