head.S中的MMU分析

╰+攻爆jí腚メ 2021-07-27 00:18 274阅读 0赞

参考文章：[https://www.cnblogs.com/sky-heaven/p/4846835.html][https_www.cnblogs.com_sky-heaven_p_4846835.html]  
**linux内核版本：4.15.0**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTI1Nzc0NzQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]

PAGE\_OFFSET 在 arch\\arm\\include\\asm\\memory中定义。

#define PAGE_OFFSET UL(CONFIG_PAGE_OFFSET)

CONFIG\_PAGE\_OFFSET 在内核根目录下的配置文件 .config 中定义

CONFIG_PAGE_OFFSET =0xC0000000

**代码：**  
开头的一些宏定义。

@TEXT_OFFSET 是内核代码（解压后）相对于RAM起始的偏移
     @PAGE_OFFSET 内核虚拟地址空间的起始地址（链接地址）
     @（suniv 处理器）这里PAGE_OFFSET=0xC0000000
    #define KERNEL_RAM_VADDR (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET) @计算得到内核虚拟起始地址0xc0008000，必须8000结尾
    #if (KERNEL_RAM_VADDR & 0xffff) != 0x8000 @最后16位必须是0x8000
    #error KERNEL_RAM_VADDR must start at 0xXXXX8000
    #endif
    
    #ifdef CONFIG_ARM_LPAE @未定义
    	/* LPAE requires an additional page for the PGD */
    #define PG_DIR_SIZE 0x5000
    #define PMD_ORDER 3
    #else
    #define PG_DIR_SIZE 0x4000 @设置MMU页表大小为16k （4Byte * 4095）
    #define PMD_ORDER 2
    #endif
    
    	.globl	swapper_pg_dir		@页表虚拟起始地址
    	.equ	swapper_pg_dir, KERNEL_RAM_VADDR - PG_DIR_SIZE	@计算页表起始虚拟地址
    @计算页表的起始物理地址，计算结果返回到rd
    	.macro	pgtbl, rd, phys 
    	add	\rd, \phys, #TEXT_OFFSET	@phys+TEXT_OFFSET ,内核起始物理地址
    	sub	\rd, \rd, #PG_DIR_SIZE		@phys+TEXT_OFFSET-PG_DIR_SIZE ，页表起始地址
    	.endm

。。。。。。。。。。。。部分代码省略。

创建特定映射，以满足\_\_enable\_mmu的需求。  
此特定映射将被paging\_init()删除。

/* * Setup the initial page tables. We only setup the barest * amount which are required to get the kernel running, which * generally means mapping in the kernel code. * * r8 = phys_offset, r9 = cpuid, r10 = procinfo * * Returns: * r0, r3, r5-r7 corrupted * r4 = physical page table address */
    __create_page_tables:
    	pgtbl	r4, r8				@ 获取页表起始物理地址
    
    	/* * Clear the swapper page table 清空16k页表 */
    		/* * 清零16K的一级初始页表区 * 这些页表在内核自解压时被设置过 * （此时MMU已关闭） */
    
    	mov	r0, r4
    	mov	r3, #0
    	add	r6, r0, #PG_DIR_SIZE
    1:	str	r3, [r0], #4	
    	str	r3, [r0], #4
    	str	r3, [r0], #4
    	str	r3, [r0], #4
    	teq	r0, r6
    	bne	1b
    
    
    	/* * 获取节描述符的默认配置（除节基址外的其他配置） * 这个数据依构架而不同，数据是用汇编文件配置的： * arch/arm/mm/proc-xxx.S * （此时MMU已关闭） */
    
    	ldr	r7, [r10, #PROCINFO_MM_MMUFLAGS] @ mm_mmuflags
    
    	/* * 创建特定映射，以满足__enable_mmu的需求。 * 此特定映射将被paging_init()删除。 * * 其实这个特定的映射就是仅映射__enable_mmu功能函数区的页表 * 以保证在启用mmu时代码的正确执行--1:1映射（物理地址=虚拟地址） */
    	/* * Create identity mapping to cater for __enable_mmu. * This identity mapping will be removed by paging_init(). */
    	adr	r0, __turn_mmu_on_loc	@获取当前虚拟地址到r0
    	ldmia	r0, { r3, r5, r6}	@r3中存放当前物理地址，通过“.”符号获取
    	sub	r0, r0, r3			@ virt->phys offset		@ 获取编译时确定的虚拟地址到当前物理地址的偏移（r0-r3）
    	add	r5, r5, r0			@ phys __turn_mmu_on	@ 计算__enable_mmu的当前物理地址
    	add	r6, r6, r0			@ phys __turn_mmu_on_end	@计算 __enable_mmu_end的当前物理地址
    	mov	r5, r5, lsr #SECTION_SHIFT	@右移20位，计算 __enable_mmu的节基址
    	mov	r6, r6, lsr #SECTION_SHIFT	@右移20位，计算 __enable_mmu_end的节基址
    	@对两物理地址右移20位，取高12位，作为存入页表的高12位
    
    1:	orr	r3, r7, r5, lsl #SECTION_SHIFT	@ flags + kernel base	@ 生成节描述符：flags + 节基址
    	@r7存有mm_mmuflags，r5左移20位，或上mm_mmuflags，存入r3，即为应该要存入页表的值
    
    	str	r3, [r4, r5, lsl #PMD_ORDER]	@ identity mapping	@ 设置节描述符,1:1映射（物理地址=虚拟地址）
    	@存入页表，这里链接地址=物理地址，指定页表（页表基址r4）偏移r5（此为物理地址的高12位）左移2位（页表每一页为4字节）
    	@可以表述为把r3存入 r4+（r5<<2）这个地址。偏移r5*4个地址，因为页表每页描述符占4字节。
    	
    	cmp	r5, r6	@ 完成映射？（理论上一次就够了，这个函数应该不会大于1M吧～）（比较r5与r6是否在同一页内）
    	addlo	r5, r5, #1			@ next section  r5和r6不在同一页,继续映射下一页
    	blo	1b

为.bbs 段做映射。  
为内核代码段创建映射。

@下面为.bbs 段做映射
    
    	/* * Map our RAM from the start to the end of the kernel .bss section. */
    	add	r0, r4, #PAGE_OFFSET >> (SECTION_SHIFT - PMD_ORDER)  @把链接地址映射到相同的物理地址空间0xc0000000
    	ldr	r6, =(_end - 1)
    	orr	r3, r8, r7
    	add	r6, r4, r6, lsr #(SECTION_SHIFT - PMD_ORDER)
    1:	str	r3, [r0], #1 << PMD_ORDER
    	add	r3, r3, #1 << SECTION_SHIFT
    	cmp	r0, r6
    	bls	1b
    
    #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL
    /* * 如果是XIP技术的内核，上面的映射只能映射内核代码和只读数据部分 * 这里我们再映射一些RAM来作为 .data and .bss 空间. */
    
    @下面为内核代码创建MMU映射
    	/* * 现在创建内核的逻辑映射区页表（节映射） * 创建范围：KERNEL_START---KERNEL_END * KERNEL_START：内核最终运行的虚拟地址 * KERNEL_END：内核代码结束的虚拟地址（bss段之后，但XIP不是） */
    
    	/* * Map the kernel image separately as it is not located in RAM. */
    #define XIP_START XIP_VIRT_ADDR(CONFIG_XIP_PHYS_ADDR)
    	mov	r3, pc	@ 获取当前物理地址
    	mov	r3, r3, lsr #SECTION_SHIFT	@ r3 = 当前物理地址的节基址
    	orr	r3, r7, r3, lsl #SECTION_SHIFT	 @ r3 为当前物理地址的节描述符
    
    
    	/* * 下面是为了确定页表项的入口地址 * 其实页表入口项的偏移就反应了对应的虚拟地址的高位 * * 由于ARM指令集的8bit位图问题，只能分两次得到 * XIP_START：内核最终运行的虚拟地址 * 当前所在的页乘上4才是当前页表的节地址（每个节地址表述符占用4个字节）。 */
    
    	add	r0, r4,  #(XIP_START & 0xff000000) >> (SECTION_SHIFT - PMD_ORDER)
    	str	r3, [r0, #((XIP_START & 0x00f00000) >> SECTION_SHIFT) << PMD_ORDER]! @设置节描述符
    	ldr	r6, =(_edata_loc - 1)	@_edata_loc内核结束地址
    	add	r0, r0, #1 << PMD_ORDER  @r0指向页表的下一页
    	add	r6, r4, r6, lsr #(SECTION_SHIFT - PMD_ORDER)	@ r6 = 内核逻辑映射结束的节基址
    1:	cmp	r0, r6	@到最后一页？表示映射完成
    	add	r3, r3, #1 << SECTION_SHIFT		@ 生成节描述符（只需做基址递增）
    	strls	r3, [r0], #1 << PMD_ORDER	@设置节描述符，r0指向下一页
    	bls	1b
    #endif

映射启动参数区

/* * 然后映射启动参数区（现在r2中的atags物理地址） * 或者 * 如果启动参数区的虚拟地址没有确定（或者无效），则会映射RAM的头1MB. */
    
    	/* * Then map boot params address in r2 if specified. * We map 2 sections in case the ATAGs/DTB crosses a section boundary. */
    	
    	 
    	@映射r2中的引导参数地址(如果指定的话)
    	mov	r0, r2, lsr #SECTION_SHIFT
    	@r0存放着启动参数区的物理地址页偏移（要把这个偏移存入页表，建立页表映射）
    	movs	r0, r0, lsl #SECTION_SHIFT  @r0不为0，则执行下面这条指令
    	@比较r0是否为0（为0表示未指定）
    	@当r0为0时，Z标志被置1
    	@如果r2没有指定则不进行映射，下面带ne的指令都不执行
    	subne	r3, r0, r8		
    	@Z标志为0（r2存在指定参数）才执行，计算与起始物理地址的偏移量
    	@r8是物理内存（SDRAM）的起始地址（在s3c2440中是 0x30000 0000）
    	
    	addne	r3, r3, #PAGE_OFFSET		@ 转换为虚拟地址
    	@计算后r3中存放的是参数区起始虚拟地址
    
    	addne	r3, r4, r3, lsr #(SECTION_SHIFT - PMD_ORDER)	@ 确定页表项（节描述符）入口地址
    	@Z标志为0（r2存在指定参数）才执行，
    	@计算参数区的页表项地址（虚拟地址所在页），存放到r3
    	
    	orrne	r6, r7, r0		@ 生成节描述符 （物理偏移页生成节描述符，存入r6）
    	strne	r6, [r3], #1 << PMD_ORDER		@ 设置节描述符 （设置参数区虚拟地址页到物理地址页的映射）
    	@虚拟偏移页加1
    	addne	r6, r6, #1 << SECTION_SHIFT  @物理偏移页加1
    	strne	r6, [r3]	@再继续映射一页
    	@一共映射了2M空间，每次1M

**将串口IO内存之上的所有地址都进行映射**

@______________________________________________________________________________________
    @ 将串口IO内存之上的所有地址都进行映射
    
    
    #ifdef CONFIG_DEBUG_LL
    /* * 下面是调试信息的输出函数区 * 这里做了IO内存空间的节映射 * 为串口调试映射IO内存空间（将串口IO内存之上的所有地址都映射了） * 这允许调试信息（在paging_init之前）从串口控制台输出 * */
    @---------------------------------------------------------------------------------------
    
    #if !defined(CONFIG_DEBUG_ICEDCC) && !defined(CONFIG_DEBUG_SEMIHOSTING)
    	/* * Map in IO space for serial debugging. * This allows debug messages to be output * via a serial console before paging_init. */
    
    	addruart r7, r3, r0		@ 宏代码，位于arch/arm/mach-xxx/include/mach/debug-macro.S
    	@ 作用是将串口控制寄存器的基址放入r7(物理地址)和r3(虚拟地址)
    
    	mov	r3, r3, lsr #SECTION_SHIFT
    	mov	r3, r3, lsl #PMD_ORDER
    	@计算虚拟地址页偏移
    	add	r0, r4, r3  @通过r3计算页表项入口地址
    	mov	r3, r7, lsr #SECTION_SHIFT @获得物理地址页偏移，存入r3
    	ldr	r7, [r10, #PROCINFO_IO_MMUFLAGS] @获取 io_mmuflags
    	orr	r3, r7, r3, lsl #SECTION_SHIFT  @ 用r3和r7相与，生成节描述符 
    @当前r3存放节描述符 
    @当前r0存放表项入口地址
    
    @CONFIG_ARM_LPAE未定义	-----------
     #ifdef CONFIG_ARM_LPAE
    /* mov r7, #1 << (54 - 32) @ XN #ifdef CONFIG_CPU_ENDIAN_BE8 str r7, [r0], #4 str r3, [r0], #4 #else str r3, [r0], #4 @建立一页映射，uart虚拟地址映射到物理地址 str r7, [r0], #4 #endif */
    #else @---------------------------
    
    	orr	r3, r3, #PMD_SECT_XN @修改节描述符
    	str	r3, [r0], #4	@设置节描述符 ，并且指向下一页
    #endif
    
    #else /* CONFIG_DEBUG_ICEDCC || CONFIG_DEBUG_SEMIHOSTING */
    	/* we don't need any serial debugging mappings */
    	ldr	r7, [r10, #PROCINFO_IO_MMUFLAGS] @ io_mmuflags
    	
    #endif
    
    /*#if !defined(CONFIG_DEBUG_ICEDCC) && !defined(CONFIG_DEBUG_SEMIHOSTING)结束*/
    @---------------------------------------------------------------------------------------
    /* #if defined(CONFIG_ARCH_NETWINDER) || defined(CONFIG_ARCH_CATS) /* * If we're using the NetWinder or CATS, we also need to map * in the 16550-type serial port for the debug messages */
    /* add r0, r4, #0xff000000 >> (SECTION_SHIFT - PMD_ORDER) orr r3, r7, #0x7c000000 str r3, [r0] #endif @--------------------------------------------------------------------------------------- #ifdef CONFIG_ARCH_RPC /* * Map in screen at 0x02000000 & SCREEN2_BASE * Similar reasons here - for debug. This is * only for Acorn RiscPC architectures. */
    /* add r0, r4, #0x02000000 >> (SECTION_SHIFT - PMD_ORDER) orr r3, r7, #0x02000000 str r3, [r0] add r0, r4, #0xd8000000 >> (SECTION_SHIFT - PMD_ORDER) str r3, [r0] #endif @--------------------------------------------------------------------------------------- */
    #endif
    @______________________________________________________________________________________

[https_www.cnblogs.com_sky-heaven_p_4846835.html]: https://www.cnblogs.com/sky-heaven/p/4846835.html
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTI1Nzc0NzQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20210726/4be544e17ea24704b3eeb0b38eb13a5f.png