arm linux 从入口到start_kernel 代码分析 - 2

1. 确定 processor type
 

    arch/arm/kernel/head.S中:
00075:  mrc p15, 0, r9, c0, c0  @ get processor id        
00076:  bl __lookup_processor_type  @ r5=procinfo r9=cpuid    
00077:  movs r10, r5    @ invalid processor (r5=0)?
00078:  beq __error_p   @ yes, error 'p'          

75行: 通过cp15协处理器的c0寄存器来获得processor id的指令. 关于cp15的详细内容可参考相关的arm手册

76行: 跳转到__lookup_processor_type.在__lookup_processor_type中,会把processor type 存储在r5中
77,78行: 判断r5中的processor type是否是0,如果是0,说明是无效的processor type,跳转到__error_p(出错)

__lookup_processor_type 函数主要是根据从cpu中获得的processor id和系统中的proc_info进行匹配,将匹配到的proc_info_list的基地址存到r5中, 0表示没有找到对应的processor type.

下面我们分析__lookup_processor_type函数
 arch/arm/kernel/head-common.S中:
 
00145:  .type __lookup_processor_type, %function
00146: __lookup_processor_type:
00147:  adr r3, 3f
00148:  ldmda r3, {r5 - r7}
00149:  sub r3, r3, r7   @ get offset between virt&phys
00150:  add r5, r5, r3   @ convert virt addresses to
00151:  add r6, r6, r3   @ physical address space
00152: 1: ldmia r5, {r3, r4}   @ value, mask
00153:  and r4, r4, r9   @ mask wanted bits
00154:  teq r3, r4
00155:  beq 2f
00156:  add r5, r5, #PROC_INFO_SZ  @ sizeof(proc_info_list)
00157:  cmp r5, r6
00158:  blo 1b
00159:  mov r5, #0    @ unknown processor
00160: 2: mov pc, lr
00161:
00162:
00165: ENTRY(lookup_processor_type)
00166:  stmfd sp!, {r4 - r7, r9, lr}
00167:  mov r9, r0
00168:  bl __lookup_processor_type
00169:  mov r0, r5
00170:  ldmfd sp!, {r4 - r7, r9, pc}
00171:
00172:
00176:  .long __proc_info_begin
00177:  .long __proc_info_end
00178: 3: .long .
00179:  .long __arch_info_begin
00180:  .long __arch_info_end
 
   
145, 146行是函数定义
147行: 取地址指令,这里的3f是向前symbol名称是3的位置,即第178行,将该地址存入r3.
        这里需要注意的是,adr指令取址,获得的是基于pc的一个地址,要格外注意,这个地址是3f处的"运行时地址",由于此时MMU还没有打开,也可以理解成物理地址(实地址).(详细内容可参考arm指令手册)
       
148行: 因为r3中的地址是178行的位置的地址,因而执行完后:
        r5存的是176行符号 __proc_info_begin的地址;
        r6存的是177行符号 __proc_info_end的地址;
        r7存的是3f处的地址.
        这里需要注意链接地址和运行时地址的区别. r3存储的是运行时地址(物理地址),而r7中存储的是链接地址(虚拟地址).
       
         __proc_info_begin和__proc_info_end是在arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S中:
        00031:  __proc_info_begin = .;
        00032:   *(.proc.info.init)
        00033:  __proc_info_end = .;

        这里是声明了两个变量:__proc_info_begin 和 __proc_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: __proc_info_begin 的位置上,放置所有文件中的 ".proc.info.init" 段的内容,然后紧接着是 __proc_info_end 的位置.

        kernel 使用struct proc_info_list来描述processor type.
         在 include/asm-arm/procinfo.h 中:
        00029: struct proc_info_list {
        00030:  unsigned int  cpu_val;
        00031:  unsigned int  cpu_mask;
        00032:  unsigned long  __cpu_mm_mmu_flags; 
        00033:  unsigned long  __cpu_io_mmu_flags; 
        00034:  unsigned long  __cpu_flush;  
        00035:  const char  *arch_name;
        00036:  const char  *elf_name;
        00037:  unsigned int  elf_hwcap;
        00038:  const char  *cpu_name;
        00039:  struct processor *proc;
        00040:  struct cpu_tlb_fns *tlb;
        00041:  struct cpu_user_fns *user;
        00042:  struct cpu_cache_fns *cache;
        00043: };
       
        我们当前以at91为例,其processor是926的.
                在arch/arm/mm/proc-arm926.S 中:
        00464:  .section ".proc.info.init", #alloc, #execinstr
        00465:
        00466:  .type __arm926_proc_info,#object
        00467: __arm926_proc_info:
        00468:  .long 0x41069260   @ ARM926EJ-S (v5TEJ)
        00469:  .long 0xff0ffff0
        00470:  .long   PMD_TYPE_SECT | \
        00471:   PMD_SECT_BUFFERABLE | \
        00472:   PMD_SECT_CACHEABLE | \
        00473:   PMD_BIT4 | \
        00474:   PMD_SECT_AP_WRITE | \
        00475:   PMD_SECT_AP_READ
        00476:  .long   PMD_TYPE_SECT | \
        00477:   PMD_BIT4 | \
        00478:   PMD_SECT_AP_WRITE | \
        00479:   PMD_SECT_AP_READ
        00480:  b __arm926_setup
        00481:  .long cpu_arch_name
        00482:  .long cpu_elf_name
        00483:  .long HWCAP_SWP|HWCAP_HALF|HWCAP_THUMB|HWCAP_FAST_MULT|HWCAP_VFP|HWCAP_EDSP|HWCAP_JAVA
        00484:  .long cpu_arm926_name
        00485:  .long arm926_processor_functions
        00486:  .long v4wbi_tlb_fns
        00487:  .long v4wb_user_fns
        00488:  .long arm926_cache_fns
        00489:  .size __arm926_proc_info, . - __arm926_proc_info
       
        从464行,我们可以看到 __arm926_proc_info 被放到了".proc.info.init"段中.
        对照struct proc_info_list,我们可以看到 __cpu_flush的定义是在480行,即__arm926_setup.(我们将在"4. 调用平台特定的__cpu_flush函数"一节中详细分析这部分的内容.)
       
从以上的内容我们可以看出: r5中的__proc_info_begin是proc_info_list的起始地址, r6中的__proc_info_end是proc_info_list的结束地址.

149行: 从上面的分析我们可以知道r3中存储的是3f处的物理地址,而r7存储的是3f处的虚拟地址,这一行是计算当前程序运行的物理地址和虚拟地址的差值,将其保存到r3中.

150行: 将r5存储的虚拟地址(__proc_info_begin)转换成物理地址
151行: 将r6存储的虚拟地址(__proc_info_end)转换成物理地址
152行: 对照struct proc_info_list,可以得知,这句是将当前proc_info的cpu_val和cpu_mask分别存r3, r4中
153行: r9中存储了processor id(arch/arm/kernel/head.S中的75行),与r4的cpu_mask进行逻辑与操作,得到我们需要的值
154行: 将153行中得到的值与r3中的cpu_val进行比较
155行: 如果相等,说明我们找到了对应的processor type,跳到160行,返回
156行: (如果不相等) , 将r5指向下一个proc_info,
157行: 和r6比较,检查是否到了__proc_info_end.
158行: 如果没有到__proc_info_end,表明还有proc_info配置,返回152行继续查找
159行: 执行到这里,说明所有的proc_info都匹配过了,但是没有找到匹配的,将r5设置成0(unknown processor)
160行: 返回