arm linux 从入口到start_kernel 代码剖析 – 4

3. 创立页表

经过前面的两步,咱们现已确认了processor type 和 machine type.
此刻,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 (经过cp15协处理器取得的cpu id)
r10 = procinfo (struct proc_info_list的基地址)

创立页表是经过函数 __create_page_tables 来完成的.
这儿,咱们运用的是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 的地址空间分红若干个1 MB的段(section),因此L1页表包括4096个页表项(section entry). 每个页表项是32 bits(4 bytes)
因此L1主页表占用 4096 *4 = 16k的内存空间.

关于ARM926,其L1 section entry的格局为:(可参阅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 |
+———–+————+————————–+

下面咱们来剖析 __create_page_tables 函数:

在 arch/arm/kernel/head.S 中:

00206: .type__create_page_tables, %function
00207: __create_page_tables:
00208: pgtblr4@ page table address
00209:
00210:
00213: movr0, r4
00214: movr3, #0
00215: addr6, r0, #0x4000
00216: 1:strr3, [r0], #4
00217: strr3, [r0], #4
00218: strr3, [r0], #4
00219: strr3, [r0], #4
00220: teqr0, r6
00221: bne1b
00222:
00223: ldrr7, [r10, #PROCINFO_MM_MMUFLAGS] @ mm_mmuflags
00224:
00225:
00231: movr6, pc, lsr #20@ start of kernel section
00232: orrr3, r7, r6, lsl #20@ flags + kernel base
00233: strr3, [r4, r6, lsl #2]@ identity mapping
00234:
00235:
00239: addr0, r4, #(TEXTADDR & 0xff000000) >> 18@ start of kernel
00240: strr3, [r0, #(TEXTADDR & 0x00f00000) >> 18]!
00241:
00242: ldrr6, =(_end – PAGE_OFFSET – 1)@ r6 = number of sections
00243: movr6, r6, lsr #20@ needed for kernel minus 1
00244:
00245: 1:addr3, r3, #1 << 20
00246: strr3, [r0, #4]!
00247: subsr6, r6, #1
00248: bgt1b
00249:
00250:
00253: addr0, r4, #PAGE_OFFSET >> 18
00254: orrr6, r7, #PHYS_OFFSET
00255: strr6, [r0]

…

00314:movpc, lr
00315:.ltorg

206, 207行: 函数声明
208行: 经过宏 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:.macropgtbl, rd
00043:ldr\rd, =(__virt_to_phys(KERNEL_RAM_ADDR – 0x4000))
00044:.endm

能够看到,页表是坐落 KERNEL_RAM_ADDR 下面 16k 的方位
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, 能够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: 取得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中界说)

231行: 经过pc值的高12位(右移20位),得到kernel的section,并存储到r6中.由于当时是经过运行时地址得到的kernel的section,因此是物理地址.
232行: r3 = r7 | (r6 << 20); flags + kernel base,得到页表中需求设置的值.
233行: 设置页表: mem[r4 + r6 * 4] = r3
这儿,由于页表的每一项是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(物理地址地点的page entry)的页表项

239, 240行: TEXTADDR是内核的开始虚拟地址(0xc0008000), 这两行是设置kernel开始虚拟地址的页表项(留意,这儿设置的页表项和上面的231 – 233行设置的页表项是不同的 )
履行完后,r0指向kernel的第2个section的虚拟地址地点的页表项.


242行: 这一行核算kernel镜像的巨细(bytes).
_end 是在vmlinux.lds.S中162行界说的,符号kernel的完毕方位(虚拟地址):
00158 .bss : {
00159__bss_start = .;
00160*(.bss)
00161*(COMMON)
00162_end = .;
00163}

kernel的size = _end – PAGE_OFFSET -1, 这儿 减1的原因是由于 _end 是 location counter,它的地址是kernel镜像后边的一个byte的地址.

243行: 地址右移20位,核算出kernel有多少sections,并将成果存到r6中

245 – 248行: 这几行用来填充kernel一切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的开始物理地址,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.
上面这三行是用来设置RAM中第一兆虚拟地址的页表. 之所以要设置这个页表项的原因是RAM的第一兆内存中或许存储着boot params.

这样,kernel所需求的根本的页表咱们都设置完了, 如下图所示:

_,,_ _,,_
-` `-.,,. -` `-.,,.
| | | |
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+———–+ | |
| | | |
| |————-\ | |
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| KERNEL | | | |
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| | | | |
| | | | |
| | | | |
+0x8000 ->+———–+——–\ | | |
| | | | | |
| L1 | | | | |
| Page Table| | | | |
| | | | | |
+0x4000 ->+———–+ | | | |
| | | | +———–+
| Boot | | | | |
| Params | | | | |
| | | | | |
PAGE_OFFSET(3G) ->+———–+—\ | | | |
| | | | | | |
| | | | | | |
| | | | | | |
| | | | | | |
| | | | | | |
| | | | | | |
| | | | | +———–+
| | | | | | |
| | | | \–>| |
| | | | | |
| | | | | KERNEL |
| | | | | |
| | | | | |
+- – – – – -+ | | | |
| 1MB | | | | |
PHYS_OFFSET+0x8000 ->+- – – – – -+——–+——->———–+<- +0x8000
| | | | |
| | | | L1 |
| | | | Page Table|
| | | | |
| | | +———–+<- +0x4000
| | | | |
| | | | Boot |
| | | | Params |
| | | | |
| | \————>+———–+<- PHYS_OFFSET
| | | |
| | | _,,_ |
| | -` `-.,,.
0 –+———–+

VIRT Address PHYS Address