2. 确定 machine type

    arch/arm/kernel/head.S中:
00079:  bl __lookup_machine_type  @ r5=machinfo             
00080:  movs r8, r5    @ invalid machine (r5=0)? 
00081:  beq __error_a   @ yes, error 'a' 

79行: 跳转到__lookup_machine_type函数,在__lookup_machine_type中,会把struct machine_desc的基地址(machine type)存储在r5中
80,81行: 将r5中的 machine_desc的基地址存储到r8中,并判断r5是否是0,如果是0,说明是无效的machine type,跳转到__error_a(出错)

__lookup_machine_type 函数
下面我们分析__lookup_machine_type 函数:

        arch/arm/kernel/head-common.S中:
       
00176:  .long __proc_info_begin
00177:  .long __proc_info_end
00178: 3: .long .
00179:  .long __arch_info_begin
00180:  .long __arch_info_end
00181:
00182:  
00193:  .type __lookup_machine_type, %function
00194: __lookup_machine_type:
00195:  adr r3, 3b
00196:  ldmia r3, {r4, r5, r6}
00197:  sub r3, r3, r4   @ get offset between virt&phys
00198:  add r5, r5, r3   @ convert virt addresses to
00199:  add r6, r6, r3   @ physical address space
00200: 1: ldr r3, [r5, #MACHINFO_TYPE] @ get machine type
00201:  teq r3, r1    @ matches loader number?
00202:  beq 2f    @ found
00203:  add r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC @ next machine_desc
00204:  cmp r5, r6
00205:  blo 1b
00206:  mov r5, #0    @ unknown machine
00207: 2: mov pc, lr

193, 194行: 函数声明
195行: 取地址指令,这里的3b是向后symbol名称是3的位置,即第178行,将该地址存入r3.
        和上面我们对__lookup_processor_type 函数的分析相同,r3中存放的是3b处物理地址.
196行: r3是3b处的地址,因而执行完后:
        r4存的是 3b处的地址
        r5存的是__arch_info_begin 的地址
        r6存的是__arch_info_end 的地址

        __arch_info_begin 和 __arch_info_end是在 arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S中:

        00034:  __arch_info_begin = .;
        00035:   *(.arch.info.init)
        00036:  __arch_info_end = .;
    

        这里是声明了两个变量:__arch_info_begin 和 __arch_info_end,其中等号后面的"."是location counter(详细内容请参考ld.info)
        这三行的意思是: __arch_info_begin 的位置上,放置所有文件中的 ".arch.info.init" 段的内容,然后紧接着是 __arch_info_end 的位置.

        kernel 使用struct machine_desc 来描述 machine type.
        在 include/asm-arm/mach/arch.h 中:

        00017: struct machine_desc {
        00018:  
        00022:  unsigned int  nr;  
        00023:  unsigned int  phys_io; 
        00024:  unsigned int  io_pg_offst; 
        00026:
        00027:  const char  *name;  
        00028:  unsigned long  boot_params; 
        00029:
        00030:  unsigned int  video_start; 
        00031:  unsigned int  video_end; 
        00032:
        00033:  unsigned int  reserve_lp0 :1; 
        00034:  unsigned int  reserve_lp1 :1; 
        00035:  unsigned int  reserve_lp2 :1; 
        00036:  unsigned int  soft_reboot :1; 
        00037:  void   (*fixup)(struct machine_desc *,
        00038:       struct tag *, char **,
        00039:       struct meminfo *);
        00040:  void   (*map_io)(void);
        00041:  void   (*init_irq)(void);
        00042:  struct sys_timer *timer;  
        00043:  void   (*init_machine)(void);
        00044: };
        00045:
        00046:
        00050: #define MACHINE_START(_type,_name)   \
        00051: static const struct machine_desc __mach_desc_##_type \
        00052:  __attribute_used__     \
        00053:  __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = { \
        00054:  .nr  = MACH_TYPE_##_type,  \
        00055:  .name  = _name,
        00056:
        00057: #define MACHINE_END    \
        00058: };       
       
        内核中,一般使用宏MACHINE_START来定义machine type.
        对于at91, 在 arch/arm/mach-at91rm9200/board-ek.c 中:
        00137: MACHINE_START(AT91RM9200EK, "Atmel AT91RM9200-EK")
        00138:  
        00139:  .phys_io = AT91_BASE_SYS,
        00140:  .io_pg_offst = (AT91_VA_BASE_SYS >> 18) & 0xfffc,
        00141:  .boot_params = AT91_SDRAM_BASE + 0x100,
        00142:  .timer  = &at91rm9200_timer,
        00143:  .map_io  = ek_map_io,
        00144:  .init_irq = ek_init_irq,
        00145:  .init_machine = ek_board_init,
        00146: MACHINE_END

197行: r3中存储的是3b处的物理地址,而r4中存储的是3b处的虚拟地址,这里计算处物理地址和虚拟地址的差值,保存到r3中
198行: 将r5存储的虚拟地址(__arch_info_begin)转换成物理地址 

           
199行: 将r6存储的虚拟地址(__arch_info_end)转换成物理地址            
200行: MACHINFO_TYPE 在 arch/arm/kernel/asm-offset.c 101行定义, 这里是取 struct machine_desc中的nr(architecture number) 到r3中
201行: 将r3中取到的machine type 和 r1中的 machine type(见前面的"启动条件")进行比较
202行: 如果相同,说明找到了对应的machine type,跳转到207行的2f处,此时r5中存储了对应的struct machine_desc的基地址
203行: (不相同), 取下一个machine_desc的地址
204行: 和r6进行比较,检查是否到了__arch_info_end.
205行: 如果不相同,说明还有machine_desc,返回200行继续查找.
206行: 执行到这里,说明所有的machind_desc都查找完了,并且没有找到匹配的, 将r5设置成0(unknown machine).
207行: 返回

3. 创建页表

通过前面的两步,我们已经确定了processor type 和 machine type.
此时,一些特定寄存器的值如下所示:
r8 = machine info       (struct machine_desc的基地址)
r9 = cpu id             (通过cp15协处理器获得的cpu id)
r10 = procinfo          (struct proc_info_list的基地址)

创建页表是通过函数 __create_page_tables 来实现的.
这里,我们使用的是arm的L1主页表,L1主页表也称为段页表(section page table)
L1 主页表将4 GB 的地址空间分成若干个1 MB的段(section),因此L1页表包含4096个页表项(section entry). 每个页表项是32 bits(4 bytes)
因而L1主页表占用 4096 *4 = 16k的内存空间.

        对于ARM926,其L1 section entry的格式为:(可参考arm926EJS TRM):
                                                                                     
                                                                             
    31                          20 19        12 11 10 9 8      5 4 3 2 1 0   
   +------------------------------+------------+-----+-+--------+-+-+-+-+-+  
   |                              |            |     | |        | | | | | |  
   |       Base Address           |    SBZ     | AP  |0| Domain |1|C|B|1|0|  
   |                              |            |     | |        | | | | | |  
   +------------------------------+------------+-----+-+--------+-+-+-+-+-+  
                                                                             
                                                                             
   B - Write Buffer Bit                                                      
                                                                             
   C - Cache Bit                                                             
                                                                             
                                                                             
                   +---------------------------------------------------+     
                   |                  Data Cache                       |     
                   +-----------+------------+--------------------------+     
                   | Cache Bit | Buffer Bit |     Page attribute       |     
                   +-----------+------------+--------------------------+     
                   |    0      |     0      | not cached, not buffered |     
                   +-----------+------------+--------------------------+     
                   |    0      |     1      | not cached, buffered     |     
                   +-----------+------------+--------------------------+     
                   |    1      |     0      | cached, writethrough     |     
                   +-----------+------------+--------------------------+     
                   |    1      |     1      | cached, writeback        |     
                   +-----------+------------+--------------------------+     
                                                                             

下面我们来分析 __create_page_tables 函数:

         在 arch/arm/kernel/head.S 中:

00206:  .type __create_page_tables, %function
00207: __create_page_tables:
00208:  pgtbl r4    @ page table address
00209:
00210:  
00213:  mov r0, r4
00214:  mov r3, #0
00215:  add r6, r0, #0x4000
00216: 1: str r3, [r0], #4
00217:  str r3, [r0], #4
00218:  str r3, [r0], #4
00219:  str r3, [r0], #4
00220:  teq r0, r6
00221:  bne 1b
00222:
00223:  ldr r7, [r10, #PROCINFO_MM_MMUFLAGS] @ mm_mmuflags
00224:
00225:  
00231:  mov r6, pc, lsr #20   @ start of kernel section
00232:  orr r3, r7, r6, lsl #20  @ flags + kernel base
00233:  str r3, [r4, r6, lsl #2]  @ identity mapping
00234:
00235:  
00239:  add r0, r4,  #(TEXTADDR & 0xff000000) >> 18 @ start of kernel
00240:  str r3, [r0, #(TEXTADDR & 0x00f00000) >> 18]!
00241:
00242:  ldr r6, =(_end - PAGE_OFFSET - 1) @ r6 = number of sections
00243:  mov r6, r6, lsr #20   @ needed for kernel minus 1
00244:
00245: 1: add r3, r3, #1 << 20
00246:  str r3, [r0, #4]!
00247:  subs r6, r6, #1
00248:  bgt 1b
00249:
00250:  
00253:  add r0, r4, #PAGE_OFFSET >> 18
00254:  orr r6, r7, #PHYS_OFFSET
00255:  str r6, [r0]
       
        ...
       
00314: mov pc, lr
00315: .ltorg        
 
206, 207行: 函数声明
208行: 通过宏 pgtbl 将r4设置成页表的基地址(物理地址)
        宏pgtbl 在 arch/arm/kernel/head.S 中:
       
        00042: .macro pgtbl, rd
        00043: ldr \rd, =(__virt_to_phys(KERNEL_RAM_ADDR - 0x4000))
        00044: .endm

        可以看到,页表是位于 KERNEL_RAM_ADDR 下面 16k 的位置
        宏 __virt_to_phys 是在incude/asm-arm/memory.h 中:
       
        00125: #ifndef __virt_to_phys
        00126: #define __virt_to_phys(x) ((x) - PAGE_OFFSET + PHYS_OFFSET)
        00127: #define __phys_to_virt(x) ((x) - PHYS_OFFSET + PAGE_OFFSET)
        00128: #endif       
       
       
下面从213行 - 221行, 是将这16k 的页表清0.
213行: r0 = r4, 将页表基地址存在r0中
214行: 将 r3 置成0
215行: r6  = 页表基地址 + 16k, 可以看到这是页表的尾地址
216 - 221 行: 循环,从 r0 到 r6 将这16k页表用0填充.
     
223行: 获得proc_info_list的__cpu_mm_mmu_flags的值,并存储到 r7中. (宏PROCINFO_MM_MMUFLAGS是在arch/arm/kernel/asm-offset.c中定义)

231行: 通过pc值的高12位(右移20位),得到kernel的section,并存储到r6中.因为当前是通过运行时地址得到的kernel的section,因而是物理地址.
232行: r3 = r7 | (r6 << 20); flags + kernel base,得到页表中需要设置的值.
233行: 设置页表: mem[r4 + r6 * 4] = r3
        这里,因为页表的每一项是32 bits(4 bytes),所以要乘以4(<<2).
上面这三行,设置了kernel的第一个section(物理地址所在的page entry)的页表项

239, 240行: TEXTADDR是内核的起始虚拟地址(0xc0008000), 这两行是设置kernel起始虚拟地址的页表项(注意,这里设置的页表项和上面的231 - 233行设置的页表项是不同的 )
        执行完后,r0指向kernel的第2个section的虚拟地址所在的页表项.
                  
       
242行: 这一行计算kernel镜像的大小(bytes).
        _end 是在vmlinux.lds.S中162行定义的,标记kernel的结束位置(虚拟地址):
        00158         .bss : {
        00159  __bss_start = .; 
        00160  *(.bss)
        00161  *(COMMON)
        00162  _end = .;
        00163 }
 
        kernel的size =  _end - PAGE_OFFSET -1, 这里 减1的原因是因为 _end 是 location counter,它的地址是kernel镜像后面的一个byte的地址.

243行: 地址右移20位,计算出kernel有多少sections,并将结果存到r6中

245 - 248行: 这几行用来填充kernel所有section虚拟地址对应的页表项.

253行: 将r0设置为RAM第一兆虚拟地址的页表项地址(page entry)
254行: r7中存储的是mmu flags, 逻辑或上RAM的起始物理地址,得到RAM第一个MB页表项的值.
255行:　设置RAM的第一个MB虚拟地址的页表.
上这样,kernel所需要的基本的页表我们都设置完了, 如下图所示: