鸿蒙内核源码分析(汇编汇总篇) | 所有的汇编代码都在这里 | 百篇博客分析OpenHarmony源码 | v40.03

2023-01-22 07:35:20

百篇博客系列篇.本篇为:

v40.xx 鸿蒙内核源码分析(汇编汇总篇) | 汇编可爱如邻家女孩 | 51 .c .h .o

硬件架构相关篇为:

汇编其实很可爱

绝大部分IT从业人员终生不用触碰到的汇编，它听着像上古时代遥远的呼唤，总觉得远却又能听到声，汇编再往下就真的是01110011了，汇编指令基本是一一对应了机器指令.
所谓内核是对硬件的驱动，对驱动之后资源的良序管理，这里说的资源是CPU(单核/多核)，内存，磁盘，i/o设备.层层封装，步步遮蔽，到了应用层，不知有汉，无论魏晋才好.好是好，但有句话，其实哪有什么岁月静好，只是有人替你负重前行.难道就不想知道别人是怎么负重前行的?
越高级的语言是越接近人思维模式的，越低级的语言就是越贴近逻辑与非门的高低电平的起伏.汇编是贴着硬件飞行的，要研究内核就绕不过汇编，觉得神秘是来源于不了解，恐惧是来自于没接近.
其实深入分析内核源码之后就会发现，汇编其实很可爱，很容易，比c/c++/java容易太多了，真的是很傻很单纯.

鸿蒙内核源码分析系列篇至少已经有五篇涉及到了汇编，请自行翻看，但还是远远不够，要写十五篇，彻底摸透，现在才刚刚开始，本篇先整理鸿蒙内核所有汇编文件和大概说明文件的作用，后续一块一块来剥，不把这些汇编剥个精光不罢休.

汇编目录

鸿蒙所有汇编文件如下:

直接点击可以查看注解源码，有些站点会把链接去除，没办法，可直接去各大站点搜"鸿蒙内核源码分析"，找到源码注解.

\arch\arm\arm\src
- startup 启动相关
  - reset_vector_mp.S 多核CPU下启动代码，大文件
  - reset_vector_up.S 单核CPU下启动代码，大文件
- armv7a
  - cache.S 缓存相关的两个函数
- los_dispatch.S 异常分发处理，大文件.
- los_hw_exc.S 硬件异常相关，大文件.
- los_hw_runstop.S OsSRSaveRegister 和 OsSRRestoreRegister 汇编实现
- jmp.S 两个简单的跳转函数
- hw_user_get.S 拷贝用户空间数据到内核空间
- hw_user_put.S 拷贝内核空间数据到用户空间

hw_user_get.S

将用户空间数据src 拷贝到内核空间 dst

// errno_t _arm_get_user(void *dst， const void *src， size_t dstTypeLen， size_t srcTypeLen)

FUNCTION(_arm_get_user)

    stmdb   sp!， {r0， r1， r2， r3， lr} @四个参数入栈，保存LR

    cmp     r2， #0	@r2 和 0比较

    beq     .Lget_user_return @相等 跳到Lget_user_return 直接返回

    cmp     r2， r3	@r2 和 r3比较

    bne     .Lget_user_err	@不等，说明函数要返回错误

    cmp     r2， #1	@r2 和 1比较

    bhi     .Lget_user_half @if(dstTypeLen>1) 跳转到Lget_user_half

.Lget_user_byte:		 @按字节拷贝数据

0:  ldrbt   r3， [r1]， #0 @r3=*r1

1:  strb    r3， [r0]， #0 @*r0=r3

    b       .Lget_user_return

.Lget_user_half:

    cmp     r2， #2	@r2 和 2比较

    bhi     .Lget_user_word  @if(dstTypeLen>2) Lget_user_word

2:  ldrht   r3， [r1]， #0 	@完成最后一个字节的拷贝

3:  strh    r3， [r0]， #0	@完成最后一个字节的拷贝

    b       .Lget_user_return

.Lget_user_word:

    cmp     r2， #4 @r2 和 4比较

    bhi     .Lget_user_err @if(dstTypeLen>4) 跳转到Lget_user_err

4:  ldrt   r3， [r1]， #0

5:  str    r3， [r0]， #0

.Lget_user_return:	@返回锚点

    ldmia   sp!， {r0， r1， r2， r3， lr} 	@保存的内容出栈，恢复各寄存器值

    mov     r0， 0	@r0保存返回值为0

    bx      lr	@跳回调用函数继续执行，_arm_get_user到此结束!

.Lget_user_err:

    ldmia   sp!， {r0， r1， r2， r3， lr}	@保存的内容出栈，恢复各寄存器值

    mov     r0， #-14	@r0保存返回值为-14

    bx      lr	@跳回调用函数继续执行，_arm_get_user到此结束!

.pushsection __exc_table， "a"

    .long   0b，  .Lget_user_err

    .long   1b，  .Lget_user_err

    .long   2b，  .Lget_user_err

    .long   3b，  .Lget_user_err

    .long   4b，  .Lget_user_err

    .long   5b，  .Lget_user_err

.popsection

解读

用户空间和内核空间的数据为什么需要拷贝?

这是个经典问题，看了网上的一些回答，没毛病:

内核不能信任任何用户空间的指针。必须对用户空间的指针指向的数据进行验证。如果只做验证不做拷贝的话，那么在随后的运行中要随时受到其它进／线程可能修改用户空间数据的威胁。所以必须做拷贝。

在内存系列篇中已经反复的说过，每个用户进程都有自己独立的用户空间，但这个用户空间是通过MMU映射出来的，是表面上繁花似锦，背后都共用着真正的物理内存，所以在高频率的任务切换过程中，原有的用户空间地址内容很容易被覆盖掉.举个例子说明下:
- 用户A有个美女西施放在万聪酒店21号房说要献给内核大佬，如果内核不直接把美女接回家，而仅仅是做个记录，写着西施在万聪酒店21号房，内核大佬立马跑去过，还不会错能拿对人，但如果被其他事给耽搁了呢?
- 耽搁的这回功夫，调度算法把万聪酒店21号房给了用户B使用，当然用户B使用之前，酒店管理人员会把西施置换个地方(以至于用户A再回到酒店时，原来的东西该怎样还咋样还原). 等21号房空出来了，B肯定不知道原来的房间是A在用，而且里面曾经还过有个美女西施，更不可能晓得A把西施献给内核大佬这回事了.因为B的业务需要，很可能往21号房整了个东施进来.
- 此时如果内核大佬事忙完了，想起用户A献美女的事了，是时候了.因为只记录了地址，直接去万聪酒店21号房抓人，可这会抓出来那是咱东施小姐呀.这可不把事给搞砸啦.
- 所以需要跨空间拷贝，直接把美女接回家找个地方关起来先.

reset_vector_mp.S 和 reset_vector_up.S

鸿蒙开机代码根据 CPU多核还是单核分成了两个独立文件处理.

mp就是多处理器(multiprocessing)的意思:

多CPU核的操作系统3种处理模式(SMP+AMP+BMP) 鸿蒙实现的是 SMP 的方式

非对称多处理（Asymmetric multiprocessing，AMP）每个CPU内核

运行一个独立的操作系统或同一操作系统的独立实例（instantiation）。
对称多处理（Symmetric multiprocessing，SMP）一个操作系统的实例

可以同时管理所有CPU内核，且应用并不绑定某一个内核。
混合多处理（Bound multiprocessing，BMP）一个操作系统的实例可以

同时管理所有CPU内核，但每个应用被锁定于某个指定的核心。

up(unit processing )的意思，单个CPU，虽然没mp的复杂，但文件也很大 500行汇编，一小节讲不完，需要单独的一篇专讲 reset_vector

这里只列出up情况下的开机代码

reset_vector: @鸿蒙单核cpu 开机代码

    /* do some early cpu setup: i/d cache disable， mmu disabled */

    mrc     p15， 0， r0， c1， c0， 0

    bic     r0， #(1<<12)

    bic     r0， #(1<<2 | 1<<0)

    mcr     p15， 0， r0， c1， c0， 0

    /* r11: delta of physical address and virtual address */

    adr     r11， pa_va_offset

    ldr     r0， [r11]

    sub     r11， r11， r0

    /* if we need to relocate to proper location or not */

    adr     r4， __exception_handlers            /* r4: base of load address */

    ldr     r5， =SYS_MEM_BASE                   /* r5: base of physical address */

    subs    r12， r4， r5                         /* r12: delta of load address and physical address */

    beq     reloc_img_to_bottom_done            /* if we load image at the bottom of physical address */

    /* we need to relocate image at the bottom of physical address */

    ldr     r7， =__exception_handlers           /* r7: base of linked address (or vm address) */

    ldr     r6， =__bss_start                    /* r6: end of linked address (or vm address) */

    sub     r6， r7                              /* r6: delta of linked address (or vm address) */

    add     r6， r4                              /* r6: end of load address */

los_dispatch.S 和 los_hw_exc.S

异常模式处理入口和统一分发现实，之前也有提到过，很复杂，1000多行，后续单独细说实现过程.

jmp.S

两个简单的函数longjmp setjmp 的实现，加注解部分请前往

鸿蒙内核源码注解分析查看

FUNCTION(longjmp)

        ldmfd   r0，{r4-r12}

        add     r0，#(4 * 9)

        ldr     r13，[r0]

        add     r0，#4

        ldr     r14，[r0]

        cmp     r1，#0

        moveq   r1，#1

        mov     r0，r1

        mov     pc，lr

FUNCTION(setjmp)

        stmea   r0，{r4-r12}

        add     r0，#(4 * 9)

        str     r13，[r0]

        add     r0，#4

        str     r14，[r0]

        mov     r0，#0

        mov     pc，lr

los_hw_runstop.S

    .global  OsSRSaveRegister

    .global  OsSRRestoreRegister

两个函数的汇编现实，有点复杂，后续单独说明.

cache.S

这是缓存部分的两个函数实现，此处没有加注解，试着看明白这两个函数的实现.加注解部分请前往

鸿蒙内核源码注解分析查看

.macro  DCACHE_LINE_SIZE， reg， tmp

    mrc     p15， 0， \tmp， c0， c0， 1

    lsr     \tmp， \tmp， #16

    and     \tmp， \tmp， #0xf

    mov     \reg， #4

    mov     \reg， \reg， lsl \tmp

.endm

FUNCTION(arm_inv_cache_range)

    push    {r2， r3}

    DCACHE_LINE_SIZE r2， r3

    sub    r3， r2， #1

    tst    r0， r3

    bic    r0， r0， r3

    mcrne  p15， 0， r0， c7， c14， 1

    tst    r1， r3

    bic    r1， r1， r3

    mcrne  p15， 0， r1， c7， c14， 1

1:

    mcr    p15， 0，  r0， c7， c6， 1

    add    r0，  r0， r2

    cmp    r0，  r1

    blo    1b

    dsb

    pop    {r2， r3}

    mov    pc， lr

FUNCTION(arm_clean_cache_range)

    push   {r2， r3}

    DCACHE_LINE_SIZE r2， r3

    sub    r3， r2， #1

    bic    r0， r0， r3

1:

    mcr    p15， 0，  r0， c7， c10， 1

    add    r0，  r0， r2

    cmp    r0，  r1

    blo    1b

    dsb

    pop    {r2， r3}

    mov    pc， lr

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