Linux内核启动流程分析（二）【转】

2022-04-02 01:49:32

转自：http://blog.chinaunix.net/uid-25909619-id-3380544.html

S3C2410 Linux 2.6.35.7启动分析(第二阶段)

接着上面的分析，第一阶段的代码跳转后，会进入第二阶段的代码。

第二阶段的代码是从\arch\arm\kernel\head.S开始的。

内核启动第二阶段主要完成的工作有，cpu ID检查，machine ID(也就是开发板ID)检查，创建初始化页表，设置C代码运行环境，跳转到内核第一个真正的C函数startkernel开始执行。

这一阶段涉及到两个重要的结构体：

(1) 一个是struct proc_info_list 主要描述CPU相关的信息，定义在文件arch\arm\include\asm\procinfo.h中，与其相关的函数及变量在文件arch/arm/mm/proc_arm920.S中被定义和赋值。

(2) 另一个结构体是描述开发板或者说机器信息的结构体struct machine_desc，定义在\arch\arm\include\asm\mach\arch.h文件中，其函数的定义和变量的赋值在板极相关文件arch/arm/mach-s3c2410/mach-smdk2410.c中实现，这也是内核移植非常重要的一个文件。

该阶段一般由前面的解压缩代码调用,进入该阶段要求：

MMU = off, D-cache = off, I-cache = dont care,r0 = 0, r1 = machine id.

所有的机器ID列表保存在arch/arm/tools/mach-types 文件中，在编译时会将这些机器ID按照统一的格式链接到基本内核映像文件vmlinux的__arch_info_begin和__arch_info_end之间的段中。存储格式定义在include/asm-arm/mach/arch.h文件中的结构体struct machine_desc {}。这两个结构体的内容最终会被连接到基本内核映像vmlinux中的两个段内，分别是*(.proc.info.init)和*(.arch.info.init)，可以参考下面的连接脚本。

链接脚本：arch/arm/kernel/vmlinux.lds

*****************************链接脚本**************************************

SECTIONS

{

. = TEXTADDR;

.init : { /* 初始化代码段*/

_stext = .;

_sinittext = .;

*(.init.text)

_einittext = .;

__proc_info_begin = .;

*(.proc.info.init)

__proc_info_end = .;

__arch_info_begin = .;

*(.arch.info.init)

__arch_info_end = .;

__tagtable_begin = .;

*(.taglist.init)

__tagtable_end = .;

. = ALIGN(16);

__setup_start = .;

*(.init.setup)

__setup_end = .;

__early_begin = .;

*(.early_param.init)

__early_end = .;

__initcall_start = .;

*(.initcall1.init)

*(.initcall2.init)

*(.initcall3.init)

*(.initcall4.init)

*(.initcall5.init)

*(.initcall6.init)

*(.initcall7.init)

__initcall_end = .;

__con_initcall_start = .;

*(.con_initcall.init)

__con_initcall_end = .;

__security_initcall_start = .;

*(.security_initcall.init)

__security_initcall_end = .;

. = ALIGN(32);

__initramfs_start = .;

usr/built-in.o(.init.ramfs)

__initramfs_end = .;

. = ALIGN(64);

__per_cpu_start = .;

*(.data.percpu)

__per_cpu_end = .;

#ifndef CONFIG_XIP_KERNEL

__init_begin = _stext;

*(.init.data)

. = ALIGN(4096);

__init_end = .;

#endif

}

*****************************链接脚本**************************************

下面开始代码\arch\arm\kernel\head.S的注释：

开始分析前先看下一点基础知识：

1. kernel运行的史前时期和内存布局

在arm平台下，zImage.bin压缩镜像是由bootloader加载到物理内存，然后跳到zImage.bin里一段程序，它专门于将被压缩的kernel解压缩到KERNEL_RAM_PADDR开始的一段内存中，接着跳进真正的kernel去执行。该kernel的执行起点是stext函数，定义于arch/arm/kernel/head.S。此时内存的布局如下图所示

在开发板3c2410中，SDRAM连接到内存控制器的Bank6中，它的开始内存地址是0x30000000，大小为64M，即0x20000000。 ARM Linux kernel将SDRAM的开始地址定义为PHYS_OFFSET。经bootloader加载kernel并由自解压部分代码运行后，最终kernel被放置到KERNEL_RAM_PADDR（=PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET，即0x30008000）地址上的一段内存，经此放置后，kernel代码以后均不会被移动。

在进入kernel代码前，即bootloader和自解压缩阶段，ARM未开启MMU功能。因此kernel启动代码一个重要功能是设置好相应的页表，并开启MMU功能。为了支持MMU功能，kernel镜像中的所有符号，包括代码段和数据段的符号，在链接时都生成了它在开启MMU时，所在物理内存地址映射到的虚拟内存地址。

以arm kernel第一个符号（函数）stext为例，在编译链接，它生成的虚拟地址是0xc0008000，而放置它的物理地址为0x30008000（还记得这是PHYS_OFFSET+TEXT_OFFSET吗？）。实际上这个变换可以利用简单的公式进行表示：va = pa – PHYS_OFFSET + PAGE_OFFSET。Arm linux最终的kernel空间的页表，就是按照这个关系来建立。

之所以较早提及arm linux 的内存映射，原因是在进入kernel代码，里面所有符号地址值为清一色的0xCXXXXXXX地址，而此时ARM未开启MMU功能，故在执行stext函数第一条执行时，它的PC值就是stext所在的内存地址（即物理地址，0x30008000）。因此，下面有些代码，需要使用地址无关技术。

__HEAD /*该宏定义了下面的代码位于".head.text"段内*/

.type stext, %function /*声明stext为函数*/

ENTRY(stext) /*第二阶段的入口地址*/

setmode PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE, r9 @ ensure svc mode and irqs disabled 进入超级权限模式，关中断

/*从协处理器CP15，C0读取CPU ID,然后在__proc_info_begin开始的段中进行查找，如果找到，则返回对应处理器相关结构体在物理地址空间的首地址到r5，最后保存在r10中*/

mrc p15, 0, r9, c0, c0 @ get processor id 取出cpu id

bl __lookup_processor_type @ r5=procinfo r9=cpuid

/**********************************************************************/

__lookup_processor_type函数的具体解析开始（\arch\arm\kernel\ head-common.S）

/**********************************************************************/

在讲解该程序段之前先来看一些相关知识，内核所支持的每一种CPU 类型都由结构体proc_info_list来描述。

该结构体在文件arch/arm/include/asm/procinfo.h 中定义：

struct proc_info_list {

unsigned int cpu_val;

unsigned int cpu_mask;

unsigned long __cpu_mm_mmu_flags; /* used by head.S */

unsigned long __cpu_io_mmu_flags; /* used by head.S */

unsigned long __cpu_flush; /* used by head.S */

const char *arch_name;

const char *elf_name;

unsigned int elf_hwcap;

const char *cpu_name;

struct processor *proc;

struct cpu_tlb_fns *tlb;

struct cpu_user_fns *user;

struct cpu_cache_fns *cache;

};

对于 arm920 来说，其对应结构体在文件 linux/arch/arm/mm/proc-arm920.S 中初始化。

.section ".proc.info.init", #alloc, #execinstr /*定义了一个段，下面的结构体存放在该段中*/

.type __arm920_proc_info,#object /*声明一个结构体对象*/

__arm920_proc_info: /*为该结构体赋值*/

.long 0x41009200

.long 0xff00fff0

.long PMD_TYPE_SECT | \

PMD_SECT_BUFFERABLE | \

PMD_SECT_CACHEABLE | \

PMD_BIT4 | \

PMD_SECT_AP_WRITE | \

PMD_SECT_AP_READ

.long PMD_TYPE_SECT | \

PMD_BIT4 | \

PMD_SECT_AP_WRITE | \

PMD_SECT_AP_READ

b __arm920_setup

…………………………………

.section ".proc.info.init"表明了该结构在编译后存放的位置。在链接文件 arch/arm/kernel/vmlinux.lds 中：

SECTIONS

{

#ifdef CONFIG_XIP_KERNEL

. = XIP_VIRT_ADDR(CONFIG_XIP_PHYS_ADDR);

#else

. = PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET;

#endif

.text.head : {

_stext = .;

_sinittext = .;

*(.text.head)

}

.init : { /* Init code and data */

INIT_TEXT

_einittext = .;

__proc_info_begin = .;

*(.proc.info.init)

__proc_info_end = .;

__arch_info_begin = .;

*(.arch.info.init)

__arch_info_end = .;

__tagtable_begin = .;

*(.taglist.init)

__tagtable_end = .;

………………………………

｝

所有CPU类型对应的被初始化的 proc_info_list结构体都放在 __proc_info_begin和__proc_info_end之间。

/ *

* r9 = cpuid

* Returns:

* r5 = proc_info pointer in physical address space

* r9 = cpuid (preserved)

__lookup_processor_type:

adr r3, 3f @r3存储的是标号 3 的物理地址（由于没有启用 mmu ，所以当前肯定是物理地址）

ldmia r3, {r5 - r7} @ R5=__proc_info_begin，r6=__proc_info_end，r7=标号4处的虚拟地址，即4: .long . 处的地址

add r3, r3, #8 @ 得到4处的物理地址，刚好是跳过两条指令

sub r3, r3, r7 @ get offset between virt&phys得到虚拟地址和物理地址之间的offset

/*利用offset ，将 r5 和 r6 中保存的虚拟地址转变为物理地址*/

add r5, r5, r3 @ convert virt addresses to

add r6, r6, r3 @ physical address space

1: ldmia r5, {r3, r4} @ value, mask r3= cpu_val , r4= cpu_mask

and r4, r4, r9 @ mask wanted bits;r9 中存放的是先前读出的 processor ID ，此处屏蔽不需要的位

teq r3, r4 @ 查看代码和CPU 硬件是否匹配（比如想在arm920t上运行为cortex-a8编译的内核？不让）

beq 2f @ 如果相等则跳转到标号2处，执行返回指令

add r5, r5, #PROC_INFO_SZ @ sizeof(proc_info_list结构的长度，在这等于48)如果没找到，跳到下一个proc_info_list 处

cmp r5, r6 @ 判断是不是到了该段的结尾

blo 1b @ 如果没有，继续跳到标号1处，查找下一个

mov r5, #0 @ unknown processor ，如果到了结尾，没找到匹配的，就把0赋值给r5，然后返回

2: mov pc, lr @ 找到后返回，r5指向找到的结构体

ENDPROC(__lookup_processor_type)

.align 2

3: .long __proc_info_begin

.long __proc_info_end

4: .long . @“.”表示当前这行代码编译连接后的虚拟地址

.long __arch_info_begin

.long __arch_info_end

/**********************************************************************/

__lookup_processor_type函数的具体解析结束（\arch\arm\kernel\ head-common.S）

/**********************************************************************/

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

beq __error_p @ yes, error 'p'

/*机器 ID是由u-boot引导内核是通过thekernel第二个参数传递进来的，现在保存在r1中,在__arch_info_begin开始的段中进行查找，如果找到，则返回machine对应相关结构体在物理地址空间的首地址到r5，最后保存在r8中。

bl __lookup_machine_type @ r5=machinfo

/**********************************************************************/

__lookup_machine_type函数的具体解析开始（\arch\arm\kernel\ head-common.S）

/**********************************************************************/

每一个CPU 平台都可能有其不一样的结构体，描述这个平台的结构体是 machine_desc 。

这个结构体在文件arch/arm/include/asm/mach/arch.h 中定义：

struct machine_desc {

unsigned int nr; /* architecture number */

unsigned int phys_io; /* start of physical io */

………………………………

};

对于平台smdk2410 来说其对应 machine_desc 结构在文件linux/arch/arm/mach-s3c2410/mach-smdk2410.c中初始化：

MACHINE_START(SMDK2410, "SMDK2410")

.phys_io = S3C2410_PA_UART,

.io_pg_offst = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,

.boot_params = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,

.map_io = smdk2410_map_io,

.init_irq = s3c24xx_init_irq,

.init_machine = smdk2410_init,

.timer = &s3c24xx_timer,

MACHINE_END

对于宏MACHINE_START 在文件 arch/arm/include/asm/mach/arch.h 中定义：

#define MACHINE_START(_type,_name) /

static const struct machine_desc __mach_desc_##_type /

__used /

__attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = { /

.nr = MACH_TYPE_##_type, /

.name = _name,

#define MACHINE_END /

};

__attribute__((__section__(".arch.info.init")))表明该结构体在并以后存放的位置。

在链接文件链接脚本文件 arch/arm/kernel/vmlinux.lds 中

SECTIONS

{

#ifdef CONFIG_XIP_KERNEL

. = XIP_VIRT_ADDR(CONFIG_XIP_PHYS_ADDR);

#else

. = PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET;

#endif

.text.head : {

_stext = .;

_sinittext = .;

*(.text.head)

}

.init : { /* Init code and data */

INIT_TEXT

_einittext = .;

__proc_info_begin = .;

*(.proc.info.init)

__proc_info_end = .;

__arch_info_begin = .;

*(.arch.info.init)

__arch_info_end = .;

………………………………

｝

在__arch_info_begin和 __arch_info_end之间存放了linux内核所支持的所有平台对应的 machine_desc 结构体。

* r1 = machine architecture number

* Returns:

* r5 = mach_info pointer in physical address space

__lookup_machine_type:

adr r3, 4b @ 把标号4处的地址放到r3寄存器里面

ldmia r3, {r4, r5, r6} @ R 4 = 标号4处的虚拟地址，r 5 = __arch_info_begin ，r 6= __arch_info_end

sub r3, r3, r4 @ get offset between virt&phys 计算出虚拟地址与物理地址的偏移

/*利用offset ，将 r5 和 r6 中保存的虚拟地址转变为物理地址*/

add r5, r5, r3 @ convert virt addresses to

add r6, r6, r3 @ physical address space

/*读取machine_desc结构的 nr 参数，对于smdk2410 来说该值是 MACH_TYPE_SMDK2410,这个值在文件linux/arch/arm/tools/mach-types 中:

smdk2410 ARCH_SMDK2410 SMDK2410 193 */

1: ldr r3, [r5, #MACHINFO_TYPE] @ get machine type

teq r3, r1 @ matches loader number?把取到的machine id和从uboot中传过来的machine id（存放r1中）相比较

beq 2f @ found 如果相等，则跳到标号2处，返回

add r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC@ next machine_desc 没有找到，则继续找下一个，加上该结构体的长度

cmp r5, r6 @ 判断是否已经到该段的末尾

blo 1b @ 如果没有，则跳转到标号1处，继续查找

mov r5, #0 @ unknown machine 如果已经到末尾，并且没找到，则返回值r5寄存器赋值为0

2: mov pc, lr @ 返回原函数，且r5作为返回值

ENDPROC(__lookup_machine_type)

.align 2

3: .long __proc_info_begin

.long __proc_info_end

4: .long . @“.”表示当前这行代码编译连接后的虚拟地址

.long __arch_info_begin

.long __arch_info_end

/**********************************************************************/

__lookup_machine_type函数的具体解析结束（\arch\arm\kernel\ head-common.S）

/**********************************************************************/

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

beq __error_a @ yes, error 'a'

/*检查 bootloader传入的参数列表 atags 的合法性*/

bl __vet_atags

/**********************************************************************/

__vet_atags函数的具体解析开始（\arch\arm\kernel\ head-common.S）

/**********************************************************************/

关于参数链表：

内核参数链表的格式和说明可以从内核源代码目录树中的\arch\arm\include\asm\setup.h中找到，参数链表必须以ATAG_CORE开始，以ATAG_NONE结束。这里的 ATAG_CORE，ATAG_NONE是各个参数的标记，本身是一个32 位值，例如： ATAG_CORE=0x54410001 。其它的参数标记还包括： ATAG_MEM32 ， ATAG_INITRD ， ATAG_RAMDISK ， ATAG_COMDLINE 等。每个参数标记就代表一个参数结构体，由各个参数结构体构成了参数链表。参数结构体的定义如下：

struct tag {
      struct  tag_header  hdr;
      union {
             struct tag_core  core;
             struct tag_mem32  mem;
          struct tag_videotext videotext;
          struct tag_ramdisk   ramdisk;
          struct tag_initrd    initrd;
          struct tag_serialnr  serialnr;
          struct tag_revision  revision;
          struct tag_videolfb  videolfb;
          struct tag_cmdline   cmdline;
          struct tag_acorn     acorn;
          struct tag_memclk    memclk;
        } u;
};

参数结构体包括两个部分，一个是 tag_header 结构体 , 一个是 u 联合体。

tag_header结构体的定义如下：

struct tag_header {

u32 size;

u32 tag;

};

其中 size ：表示整个 tag 结构体的大小 ( 用字的个数来表示，而不是字节的个数 ) ，等于tag_header的大小加上 u 联合体的大小，例如，参数结构体 ATAG_CORE 的size=(sizeof(tag->tag_header)+sizeof(tag->u.core))>>2，一般通过函数 tag_size(struct * tag_xxx) 来获得每个参数结构体的 size 。其中 tag ：表示整个 tag 结构体的标记，如： ATAG_CORE 等。

/* r8 = machinfo

* Returns:

* r2 either valid atags pointer, or zero

__vet_atags:

tst r2, #0x3 @ aligned? r2指向该参数链表的起始位置，此处判断它是否字对齐

bne 1f @ 如果没有对齐，跳到标号1处直接返回，并且把r2的值赋值为0，作为返回值

ldr r5, [r2, #0] @ is first tag ATAG_CORE? 获取第一个 tag 结构的 size

cmp r5, #ATAG_CORE_SIZE @ 判断该 tag 的长度是否合法

cmpne r5, #ATAG_CORE_SIZE_EMPTY

bne 1f @ 如果不合法，异常返回

ldr r5, [r2, #4] @ 获取第一个 tag 结构体的标记

ldr r6, =ATAG_CORE @ 取出标记ATAG_CORE的内容

cmp r5, r6 @ 判断该标记是否等于ATAG_CORE

bne 1f @ 如果不等，异常返回

mov pc, lr @ atag pointer is ok，如果都相等，则正常返回

1: mov r2, #0 @ 异常返回值

mov pc, lr @ 异常返回

ENDPROC(__vet_atags)

/**********************************************************************/

__vet_atags函数的具体解析结束（\arch\arm\kernel\ head-common.S）

/**********************************************************************/

/*创建内核初始化页表*/

bl __create_page_tables

/**********************************************************************/

__create_page_tables函数的具体解析开始（\arch\arm\kernel\ head.S）

/**********************************************************************/

* r8 = machinfo

* r9 = cpuid

* r10 = procinfo

* Returns:

* r4 = physical page table address

/*在该文件的开头有如下宏定义*/

#define KERNEL_RAM_PADDR (PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET)

.macro pgtbl, rd

ldr\rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000)

.endm

其中：PHYS_OFFSET在arch/arm/mach-s3c2410/include/mach/memory.h定义，为UL(0x30000000)，而TEXT_OFFSET在arch/arm/Makefile中定义，为内核镜像在内存中到内存开始位置的偏移（字节），为$(textofs-y) textofs-y也在文件arch/arm/Makefile中定义，为textofs-y := 0x00008000，r4 = 30004000为临时页表的起始地址，首先即是初始化16K的页表，高12位虚拟地址为页表索引，每个页表索引占4个字节，所以为4K*4 = 16K，大页表，每一个页表项，映射1MB虚拟地址.

__create_page_tables:

/*为内核代码存储区域创建页表，首先将内核起始地址-0x4000到内核起始地址之间的16K存储器清0 ，将创建的页表存于此处*/

pgtbl r4 @ r4中存放的为页表的基地址，最终该地址会写入cp15的寄存器c2，这个值必须是 16K 对齐的

mov r0, r4 @ 把页表的基地址存放到r0中

mov r3, #0 @ 把r3清0

add r6, r0, #0x4000 @ r6指向16K的末尾

1: str r3, [r0], #4 @ 把16K的页表空间清0

str r3, [r0], #4

teq r0, r6

bne 1b

/*从proc_info_list结构中获取字段 __cpu_mm_mmu_flags ，该字段包含了存储空间访问权限等, 此处指令执行之后r7=0x00000c1e*/

ldr r7, [r10, #PROCINFO_MM_MMUFLAGS] @ mm_mmuflags

/*为内核的第一MB创建一致的映射，以为打开MMU做准备，这个映射将会被paging_init()移除，这里使用程序计数器来获得相应的段的基地址*/

mov r6, pc

mov r6, r6, lsr #20 @ start of kernel section

orr r3, r7, r6, lsl #20 @ flags + kernel base

str r3, [r4, r6, lsl #2] @ identity mapping

/* MMU是通过 C2 中基地址（高 18 位）与虚拟地址的高 12 位组合成物理地址，在转换表中查找地址条目。 R4 中存放的就是这个基地址 0x30004000*/

add r0, r4, #(KERNEL_START & 0xff000000) >> 18 @ r0 = 0x30007000 r0存放的是转换表的起始位置

str r3, [r0, #(KERNEL_START & 0x00f00000) >> 18]! @ r3存放的是内核镜像代码段的起始地址

ldr r6, =(KERNEL_END - 1) @ 获取内核的尾部虚拟地址存于r6中

add r0, r0, #4 @ 第一个地址条目存放在 0x30007004 处，以后依次递增

add r6, r4, r6, lsr #18 @ 计算最后一个地址条目存放的位置

1: cmp r0, r6 @ 填充这之间的地址条目

/*每一个地址条目代表了 1MB 空间的地址映射。物理地址将从0x30100000开始映射。0X30000000 开始的 1MB 空间将在下面映射*/

add r3, r3, #1 << 20

strls r3, [r0], #4

bls 1b

…………………………………

…………………………………………

/*为了使用启动参数，将物理内存的第一MB映射到内核虚拟地址空间的第一个MB，r4存放的是页表的地址。映射0X30000000开始的 1MB 空间PAGE_OFFSET = 0XC0000000,PHYS_OFFSET = 0X30000000, r0 = 0x30007000, 上面是从 0x30007004开始存放地址条目的*/

add r0, r4, #PAGE_OFFSET >> 18

orr r6, r7, #(PHYS_OFFSET & 0xff000000) @ r6= 0x30000c1e

.if (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)

orr r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)

.endif

str r6, [r0] @ 将0x30000c1e 存于0x30007000处。

………………………

………………………………

mov pc, lr @子程序返回

ENDPROC(__create_page_tables)

/**********************************************************************/

__create_page_tables函数的具体解析结束（\arch\arm\kernel\ head.S）

/**********************************************************************/

/*把__switch_data标号处的地址放入r13寄存器，当执行完__enable_mmu函数时会把r13寄存器的值赋值给pc，跳转到__switch_data 处执行*/

ldr r13, __switch_data @ address to jump to after mmu has been enabled

/*把__enable_mmu函数的地址值，赋值给lr寄存器，当执行完__arm920_setup时，返回后执行__enable_mmu */

adr lr, BSYM(__enable_mmu) @ return (PIC) address

/**********************************************************************/

__enable_mmu函数的具体解析开始（\arch\arm\kernel\ head.S）

/**********************************************************************/

__enable_mmu:

#ifdef CONFIG_ALIGNMENT_TRAP

orr r0, r0, #CR_A //使能地址对齐错误检测

#else

bic r0, r0, #CR_A

#endif

#ifdef CONFIG_CPU_DCACHE_DISABLE

bic r0, r0, #CR_C //禁止数据 cache

#endif

#ifdef CONFIG_CPU_BPREDICT_DISABLE

bic r0, r0, #CR_Z

#endif

#ifdef CONFIG_CPU_ICACHE_DISABLE

bic r0, r0, #CR_I //禁止指令 cache

#endif //配置相应的访问权限并存入 r5 中

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, r5, c3, c0, 0 //将访问权限写入协处理器

mcr p15, 0, r4, c2, c0, 0 //将页表基地址写入基址寄存器 C2 ， 0X30004000

b __turn_mmu_on //跳转到程序段去打开 MMU

ENDPROC(__enable_mmu)

文件linux/arch/arm/kernel/head.S 中

__turn_mmu_on:

mov r0, r0

mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 //打开 MMU 同时打开 cache 等。

mrc p15, 0, r3, c0, c0, 0 @ read id reg 读取 id 寄存器

mov r3, r3

mov r3, r3 //两个空操作，等待前面所取的指令得以执行。

mov pc, r13 //程序跳转

ENDPROC(__turn_mmu_on)

/**********************************************************************/

__enable_mmu函数的具体解析结束（\arch\arm\kernel\ head.S）

/**********************************************************************/

/*执行__arm920_setup函数(\arch\arm\mm\ proc-arm920.S),该函数完成对数据cache，指令cache，write buffer等初始化操作*/

ARM( add pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC )

/**********************************************************************/

__arm920_setup函数的具体解析开始（\arch\arm\mm\ proc-arm920.S）

/**********************************************************************/

在上面程序段.section ".text.head", "ax" 的最后有这样几行：

add pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC

R10中存放的是在函数 __lookup_processor_type 中成功匹配的结构体 proc_info_list。对于arm920 来说在文件 linux/arch/arm/mm/proc-arm920.S 中有：

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

.type __arm920_proc_info,#object

__arm920_proc_info:

.long 0x41009200

.long 0xff00fff0

.long PMD_TYPE_SECT | /

PMD_SECT_BUFFERABLE | /

PMD_SECT_CACHEABLE | /

PMD_BIT4 | /

PMD_SECT_AP_WRITE | /

PMD_SECT_AP_READ

.long PMD_TYPE_SECT | /

PMD_BIT4 | /

PMD_SECT_AP_WRITE | /

PMD_SECT_AP_READ

b __arm920_setup

………………………………

add pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC的意思跳到函数 __arm920_setup去执行。

.type __arm920_setup, #function //表明这是一个函数

__arm920_setup:

mov r0, #0 //设置 r0 为 0 。

mcr p15, 0, r0, c7, c7 //使数据 cahche, 指令 cache 无效。

mcr p15, 0, r0, c7, c10, 4 //使 write buffer 无效。

#ifdef CONFIG_MMU

mcr p15, 0, r0, c8, c7 //使数据 TLB, 指令 TLB 无效。

#endif

adr r5, arm920_crval //获取 arm920_crval 的地址，并存入 r5 。

ldmia r5, {r5, r6} //获取 arm920_crval 地址处的连续 8 字节分别存入 r5,r6 。

mrc p15, 0, r0, c1, c0 //获取 CP15 下控制寄存器的值，并存入 r0 。

bic r0, r0, r5 //通过查看 arm920_crval 的值可知该行是清除 r0 中相关位，为以后对这些位的赋值做准备

orr r0, r0, r6 //设置 r0 中的相关位，即为 mmu 做相应设置。

mov pc, lr //上面有操作 adr lr, __enable_mmu ，此处将跳到程序段 __enable_mmu 处。

.size __arm920_setup, . - __arm920_setup

.type arm920_crval, #object

arm920_crval:

crval clear=0x00003f3f, mmuset=0x00003135, ucset=0x00001130

/**********************************************************************/

__arm920_setup函数的具体解析结束（\arch\arm\mm\ proc-arm920.S）

/**********************************************************************/

ENDPROC(stext)

接着往下分析linux/arch/arm/kernel/head-common.S中：

.type __switch_data, %object @定义__switch_data为一个对象

__switch_data:

.long __mmap_switched

.long __data_loc @ r4

.long _data @ 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

* The following fragment of code is executed with the MMU on in MMU mode,

* and uses absolute addresses; this is not position independent.

* r0 = cp#15 control register

* r1 = machine ID

* r2 = atags pointer

* r9 = processor ID

/*其中上面的几个段的定义是在文件arch/arm/kernel/vmlinux.lds 中指定*/

********************************** vmlinux.lds开始*******************************************

SECTIONS

{

……………………

#ifdef CONFIG_XIP_KERNEL

__data_loc = ALIGN(4); /* location in binary */

. = PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET;

#else

. = ALIGN(THREAD_SIZE);

__data_loc = .;

#endif

.data : AT(__data_loc) { //此处数据存储在上面__data_loc处。

_data = .; /* address in memory */

*(.data.init_task)

…………………………

.bss : {

__bss_start = .; /* BSS */

*(.bss)

*(COMMON)

_end = .;

}

………………………………

｝

init_thread_union 是 init进程的基地址.在 arch/arm/kernel/init_task.c 中:

union thread_union init_thread_union __attribute__((__section__(".init.task"))) = { INIT_THREAD_INFO(init_task) };

对照 vmlnux.lds.S 中,我们可以知道init task是存放在 .data 段的开始8k, 并且是THREAD_SIZE(8k)对齐的 */

********************************** vmlinux.lds结束*******************************************

__mmap_switched:

adr r3, __switch_data + 4

ldmia r3!, {r4, r5, r6, r7}

……………………

………………………………

mov fp, #0 @ 清除bss段

1: cmp r6, r7

strcc fp, [r6],#4

bcc 1b

ARM( ldmia r3, {r4, r5, r6, r7, sp}) /*把__machine_arch_type变量值放入r5中，把__atags_pointer变量的值放入r6中*/

str r9, [r4] @ Save processor ID 保存处理器id到processor_id所在的地址中

str r1, [r5] @ Save machine type 保存machine id到__machine_arch_type中

str r2, [r6] @ Save atags pointer 保存参数列表首地址到__atags_pointer中

bic r4, r0, #CR_A @ Clear 'A' bit

stmia r7, {r0, r4} @ Save control register values

b start_kernel @程序跳转到函数 start_kernel 进入 C 语言部分。

ENDPROC(__mmap_switched)

到处我们的启动的第二阶段分析完毕。

后面会接着分析第三阶段。第三阶段完全是C语言代码，从start_kernel函数开始。

本文转自张昺华-sky博客园博客，原文链接：http://www.cnblogs.com/sky-heaven/p/4846726.html，如需转载请自行联系原作者

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