linux/arch/arm/kernel/head.S是linux内核映像解压后执行的第一个文件。
//PAGE_OFFSET=0xc0000000;TEXT_OFFSET=0x00008000;
//PHYS_OFFSET=0x30000000;
#defineKERNEL_RAM_VADDR(PAGE_OFFSET+TEXT_OFFSET)
#defineKERNEL_RAM_PADDR(PHYS_OFFSET+TEXT_OFFSET)
/*
链接脚本文件arch/arm/kernel/vmlinux.lds指定了编译时程序段存放的位置。
divS
{
#ifdefCONFIG_XIP_KERNEL
.=XIP_VIRT_ADDR(CONFIG_XIP_PHYS_ADDR);
#else
.=PAGE_OFFSET+TEXT_OFFSET;
#endif
.text.head:{
_stext=.;
_sinittext=.;
*(.text.head)
}
.init:{
……………………
}
*/
.div".text.head","ax"
ENTRY(stext)
msrcpsr_c,#PSR_F_BIT|PSR_I_BIT|SVC_MODE//禁止FIQ、IRQ，设定SVC模式
mrcp15,0,r9,c0,c0@获取processorid
/*判断CPU类型，查找运行的CPUID值与Linux编译支持的ID值是否支持*/
bl__lookup_processor_type@r5=procinfor9=cpuid
movsr10,r5@invalidprocessor(r5=0)?
///*判断如果r10的值为0，跳转到出错处理，*/
beq__error_p@yes,error’p’
//查询machineID并检查合法性
bl__lookup_machine_type@r5=machinfo
movsr8,r5@invalidmachine(r5=0)?
beq__error_a@yes,error’a’
bl__vet_atags//检查bootloader传入的参数列表atags的合法性
bl__create_page_tables//创建初始页表
ldrr13,__switch_data//将列表__switch_data存到r13中后面会跳到该列表出
adrlr,__enable_mmu//将程序段__enable_mmu的地址存到lr中。
//此命令将导致程序段__arm920_setup的执行，后面会将到。
//r10中存放的基地址是从__lookup_processor_type中得到的，如上面movsr10,r5
addpc,r10,#PROCINFO_INITFUNC
ENDPROC(stext)
接下来将对上面遇到的几个程序段展开分析。
__lookup_processor_type
/**********************************************************************/
在讲解该程序段之前先来看一些相关知识。
内核做支持的每一种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：
structproc_info_list{
unsignedintcpu_val;
unsignedintcpu_mask;
unsignedlong__cpu_mm_mmu_flags;/*usedbyhead.S*/
unsignedlong__cpu_io_mmu_flags;/*usedbyhead.S*/
unsignedlong__cpu_flush;/*usedbyhead.S*/
constchar*arch_name;
constchar*elf_name;
unsignedintelf_hwcap;
constchar*cpu_name;
structprocessor*proc;
structcpu_tlb_fns*tlb;
structcpu_user_fns*user;
structcpu_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。
.div".proc.info.init",#alloc,#execinstr
.type__arm920_proc_info,#object
__arm920_proc_info:
.long0x41009200
.long0xff00fff0
.longPMD_TYPE_SECT|\
PMD_SECT_BUFFERABLE|\
PMD_SECT_CACHEABLE|\
PMD_BIT4|\
PMD_SECT_AP_WRITE|\
PMD_SECT_AP_READ
.longPMD_TYPE_SECT|\
PMD_BIT4|\
PMD_SECT_AP_WRITE|\
PMD_SECT_AP_READ
b__arm920_setup
………………………………
.div".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：
divS
{
#ifdefCONFIG_XIP_KERNEL
.=XIP_VIRT_ADDR(CONFIG_XIP_PHYS_ADDR);
#else
.=PAGE_OFFSET+TEXT_OFFSET;
#endif
.text.head:{
_stext=.;
_sinittext=.;
*(.text.head)
}
.init:{/*Initcodeanddata*/
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。
__lookup_processor_type:
//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）
adrr3,3f
//R5=__proc_info_begin，r6=__proc_info_end，r7=标号3处的虚拟地址。
ldmdar3,{r5-r7}
subr3,r3,r7//得到虚拟地址和物理地址之间的offset
addr5,r5,r3//利用offset，将r5和r6中保存的虚拟地址转变为物理地址
addr6,r6,r3@physicaladdressspace
1:ldmiar5,{r3,r4}//r3=cpu_val,r4=cpu_mask,
andr4,r4,r9//r9中存放的是先前读出的processorID，此处屏蔽不需要的位。
////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！）
teqr3,r4
beq2f//如果匹配成功就返回
//PROC_INFO_SZ(proc_info_list结构的长度，在这等于48)，跳到下一个proc_info_list处
addr5,r5,#PROC_INFO_SZ
//判断是否已经到了结构体proc_info_list存放区域的末尾__proc_info_end，
cmpr5,r6
blo1b
//如果没有匹配成功就将r5清零，如果匹配成功r5中放的是该CPU类型对应的结构体//proc_info_list的基地址。
movr5,#0
2:movpc,lr//子程序返回。
ENDPROC(__lookup_processor_type)
.long__proc_info_begin
.long__proc_info_end
3:.long.
.long__arch_info_begin
.long__arch_info_end
/**********************************************************************/
__lookup_machine_type
/**********************************************************************/
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：
structmachine_desc{
unsignedintnr;/*architecturenumber*/
unsignedintphys_io;/*startofphysicalio*/
………………………………
};
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：
#defineMACHINE_START(_type,_name)\
staticconststructmachine_desc__mach_desc_##_type\
__used\
__attribute__((__div__(".arch.info.init")))={\
.nr=MACH_TYPE_##_type,\
.name=_name,
#defineMACHINE_END\
};
__attribute__((__div__(".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
divS
{
#ifdefCONFIG_XIP_KERNEL
.=XIP_VIRT_ADDR(CONFIG_XIP_PHYS_ADDR);
#else
.=PAGE_OFFSET+TEXT_OFFSET;
#endif
.text.head:{
_stext=.;
_sinittext=.;
*(.text.head)
}
.init:{/*Initcodeanddata*/
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。
.long__proc_info_begin
.long__proc_info_end
3:.long.
.long__arch_info_begin
.long__arch_info_end
__lookup_machine_type:
adrr3,3b////r3存储的是标号3的物理地址
////R4=标号3处的虚拟地址，r5=__arch_info_begin，r6=__arch_info_end。
ldmiar3,{r4,r5,r6}
subr3,r3,r4@getoffsetbetweenvirt&phys
addr5,r5,r3@convertvirtaddressesto
addr6,r6,r3@physicaladdressspace
//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：//smdk2410ARCH_SMDK2410SMDK2410193
1:ldrr3,[r5,#MACHINFO_TYPE]@getmachinetype
teqr3,r1//r1就是bootloader传递过来的机器码，就是上面的平台编号。
beq2f//如果匹配成功就返回
addr5,r5,#SIZEOF_MACHINE_DESC//没匹配成功就跳到下一个结构体machine_desc
cmpr5,r6
blo1b
movr5,#0//如果匹配失败就将r5清零。
2:movpc,lr//子程序返回。
ENDPROC(__lookup_machine_type)
/**********************************************************************/
__vet_atags//检查bootloader传入的参数列表atags的合法性
/**********************************************************************/
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include/asm-arm/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：
structtag_header{
u32size;
u32tag;
};
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。
__vet_atags:
tstr2,#0x3//r2指向该参数链表的起始位置，此处判断它是否字对齐
bne1f
ldrr5,[r2,#0]//获取第一个tag结构的size
//#defineATAG_CORE_SIZE((2*4+3*4)>>2)判断该tag的长度是否合法
subsr5,r5,#ATAG_CORE_SIZE
bne1f
ldrr5,[r2,#4]//获取第一个tag结构体的标记，
ldrr6,=ATAG_CORE
cmpr5,r6//判断第一个tag结构体的标记是不是ATAG_CORE
bne1f
movpc,lr//正常退出
1:movr2,#0
movpc,lr//参数连表不正确
ENDPROC(__vet_atags)
/**********************************************************************/
__create_page_tables
/**********************************************************************/
.macropgtbl,rd
ldr\rd,=(KERNEL_RAM_PADDR-0x4000)
.endm
__create_page_tables:
//r4=0x30004000这是转换表的物理基地址，最终将写入CP15的寄存器2，C2。
//这个值必须是16K对齐的。
pgtblr4
//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。
movr0,r4
movr3,#0
addr6,r0,#0x4000
1:strr3,[r0],#4
strr3,[r0],#4
strr3,[r0],#4
strr3,[r0],#4
teqr0,r6
bne1b
//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
ldrr7,[r10,#PROCINFO_MM_MMUFLAGS]@mm_mmuflags
/*
此处建立一个物理地址到物理地址的平板映射，这个映射将在函数paging_init().被清除。
r6=0x300r3=0x30000c1e[0x30004c00]=0x30000c1e
*/
movr6,pc,lsr#20@startofkerneldiv
orrr3,r7,r6,lsl#20@flags+kernelbase
strr3,[r4,r6,lsl#2]//字对齐
/*
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。下面通过两次获取虚拟地址
KERNEL_START的高12位。KERNEL_START是内核存放的起始地址，为0X30008000。
*/
addr0,r4,#(KERNEL_START&0xff000000)>>18//r0=0x30007000
strr3,[r0,#(KERNEL_START&0x00f00000)>>18]!//r0存放的是转换表的起始位置
ldrr6,=(KERNEL_END-1)//获取内核的尾部虚拟地址存于r6中
addr0,r0,#4//第一个地址条目存放在0x30007004处，以后一次递增
addr6,r4,r6,lsr#18//计算最后一个地址条目存放的位置
1:cmpr0,r6//填充这之间的地址条目
addr3,r3,#1<<20//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。
strlsr3,[r0],#4
bls1b
#ifdefCONFIG_XIP_KERNEL
//如果是XIP就进行以下映射，这只是将内核代码存储的空间重新映射，
orrr3,r7,#(KERNEL_RAM_PADDR&0xff000000)
.if(KERNEL_RAM_PADDR&0x00f00000)
orrr3,r3,#(KERNEL_RAM_PADDR&0x00f00000)
.endif
addr0,r4,#(KERNEL_RAM_VADDR&0xff000000)>>18
strr3,[r0,#(KERNEL_RAM_VADDR&0x00f00000)>>18]!
ldrr6,=(_end-1)
addr0,r0,#4
addr6,r4,r6,lsr#18
1:cmpr0,r6
addr3,r3,#1<<20
strlsr3,[r0],#4
bls1b
#endif
/*
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。
addr0,r4,#PAGE_OFFSET>>18
orrr6,r7,#(PHYS_OFFSET&0xff000000)//r6=0x30000c1e
.if(PHYS_OFFSET&0x00f00000)
orrr6,r6,#(PHYS_OFFSET&0x00f00000)//
.endif
strr6,[r0]//将0x30000c1e存于0x30007000处。
#ifdefCONFIG_DEBUG_LL//下面是为了调试而做的相关映射，跳过。
ldrr7,[r10,#PROCINFO_IO_MMUFLAGS]@io_mmuflags
/*
*MapinIOspaceforserialdebugging.
*Thisallowsdebugmessagestobeoutput
*viaaserialconsolebeforepaging_init.
*/
ldrr3,[r8,#MACHINFO_PGOFFIO]
addr0,r4,r3
rsbr3,r3,#0x4000@PTRS_PER_PGD*sizeof(long)
cmpr3,#0x0800@limitto512MB
movhir3,#0x0800
addr6,r0,r3
ldrr3,[r8,#MACHINFO_PHYSIO]
orrr3,r3,r7
1:strr3,[r0],#4
addr3,r3,#1<<20
teqr0,r6
bne1b
#ifdefined(CONFIG_ARCH_NETWINDER)||defined(CONFIG_ARCH_CATS)
/*
*Ifwe’reusingtheNetWinderorCATS,wealsoneedtomap
*inthe16550-typeserialportforthedebugmessages
*/
addr0,r4,#0xff000000>>18
orrr3,r7,#0x7c000000
strr3,[r0]
#endif
#ifdefCONFIG_ARCH_RPC
/*
*Mapinscreenat0x02000000&SCREEN2_BASE
*Similarreasonshere-fordebug.Thisis
*onlyforAcornRiscPCarchitectures.
*/
addr0,r4,#0x02000000>>18
orrr3,r7,#0x02000000
strr3,[r0]
addr0,r4,#0xd8000000>>18
strr3,[r0]
#endif
#endif
movpc,lr//子程序返回。
ENDPROC(__create_page_tables)
/**********************************************************************/
__arm920_setup
/**********************************************************************/
在上面程序段.div".text.head","ax"的最后有这样几行：
ldrr13,__switch_data@addresstojumptoafter
@mmuhasbeenenabled
adrlr,__enable_mmu@return(PIC)address
addpc,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：
.div".proc.info.init",#alloc,#execinstr
.type__arm920_proc_info,#object
__arm920_proc_info:
.long0x41009200
.long0xff00fff0
.longPMD_TYPE_SECT|\
PMD_SECT_BUFFERABLE|\
PMD_SECT_CACHEABLE|\
PMD_BIT4|\
PMD_SECT_AP_WRITE|\
PMD_SECT_AP_READ
.longPMD_TYPE_SECT|\
PMD_BIT4|\
PMD_SECT_AP_WRITE|\
PMD_SECT_AP_READ
b__arm920_setup
………………………………
addpc,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:
movr0,#0//设置r0为0。
mcrp15,0,r0,c7,c7//使数据cahche,指令cache无效。
mcrp15,0,r0,c7,c10,4//使writebuffer无效。
#ifdefCONFIG_MMU
mcrp15,0,r0,c8,c7//使数据TLB,指令TLB无效。
#endif
adrr5,arm920_crval//获取arm920_crval的地址，并存入r5。
ldmiar5,{r5,r6}//获取arm920_crval地址处的连续8字节分别存入r5,r6。
mrcp15,0,r0,c1,c0//获取CP15下控制寄存器的值，并存入r0。
//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
bicr0,r0,r5
orrr0,r0,r6//设置r0中的相关位，即为mmu做相应设置。
movpc,lr//上面有操作adrlr,__enable_mmu，此处将跳到程序段__enable_mmu处。
.size__arm920_setup,.-__arm920_setup
.typearm920_crval,#object
arm920_crval:
crvalclear=0x00003f3f,mmuset=0x00003135,ucset=0x00001130
文件linux/arch/arm/kernel/head.S中
__enable_mmu:
#ifdefCONFIG_ALIGNMENT_TRAP
orrr0,r0,#CR_A//使能地址对齐错误检测
#else
bicr0,r0,#CR_A
#endif
#ifdefCONFIG_CPU_DCACHE_DISABLE
bicr0,r0,#CR_C//禁止数据cache
#endif
#ifdefCONFIG_CPU_BPREDICT_DISABLE
bicr0,r0,#CR_Z
#endif
#ifdefCONFIG_CPU_ICACHE_DISABLE
bicr0,r0,#CR_I//禁止指令cache
#endif//配置相应的访问权限并存入r5中
movr5,#(domain_val(DOMAIN_USER,DOMAIN_MANAGER)|\
domain_val(DOMAIN_KERNEL,DOMAIN_MANAGER)|\
domain_val(DOMAIN_TABLE,DOMAIN_MANAGER)|\
domain_val(DOMAIN_IO,DOMAIN_CLIENT))
mcrp15,0,r5,c3,c0,0//将访问权限写入协处理器
mcrp15,0,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:
movr0,r0
mcrp15,0,r0,c1,c0,0//打开MMU同时打开cache等。
mrcp15,0,r3,c0,c0,0@readidreg//读取id寄存器
movr3,r3
movr3,r3//两个空操作，等待前面所取的指令得以执行。
movpc,r13//程序跳转，如下面解释。
ENDPROC(__turn_mmu_on)
在前面有过这样的指令操作ldrr13,__switch_data，
movpc,r13就是将跳转到__switch_data处。
在文件linux/arch/arm/kernel/head-common.S中：
.type__switch_data,%object//定义一个对象
__switch_data:
.long__mmap_switched//由此可知上面程序将跳转到该程序段处。
.long__data_loc@r4
.long_data@r5
.long__bss_start@r6
.long_end@r7
.longprocessor_id@r4
.long__machine_arch_type@r5
.long__atags_pointer@r6
.longcr_alignment@r7
.longinit_thread_union+THREAD_START_SP@sp
/*
__data_loc是数据存放的位置
_data是数据开始的位置
__bss_start是bss开始的位置
_end是bss结束的位置,也是内核结束的位置
.data段,后面的AT(__data_loc)的意思是这部分的内容是在__data_loc中存储的(要注意,储存的位置和链接的位置是可以不相同的).
这几个字段在文件arch/arm/kernel/vmlinux.lds中指定位置如下：
divS
{
……………………
#ifdefCONFIG_XIP_KERNEL
__data_loc=ALIGN(4);/*locationinbinary*/
.=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=.;/*addressinmemory*/
*(.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:
00033:unionthread_unioninit_thread_union
00034:__attribute__((__div__(".init.task")))=
00035:{INIT_THREAD_INFO(init_task)};
对照vmlnux.lds.S中,我们可以知道inittask是存放在.data段的开始8k,并且是THREAD_SIZE(8k)对齐的
*/
__mmap_switched:
adrr3,__switch_data+4
ldmiar3!,{r4,r5,r6,r7}
cmpr4,r5@Copydatasegmentifneeded
1:cmpner5,r6//将__data_loc处数据搬移到_data处
ldrnefp,[r4],#4
strnefp,[r5],#4
bne1b
movfp,#0//清除BSS段内容
1:cmpr6,r7
strccfp,[r6],#4
bcc1b
ldmiar3,{r4,r5,r6,r7,sp}
strr9,[r4]@SaveprocessorID
strr1,[r5]@Savemachinetype
strr2,[r6]@Saveatagspointer
bicr4,r0,#CR_A@Clear’A’bit
stmiar7,{r0,r4}@Savecontrolregistervalues
bstart_kernel//程序跳转到函数start_kernel进入C语言部分。
ENDPROC(__mmap_switched)
/**********************************************************************/
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