25、(4)Linux内核启动引导阶段之 __create_page_table函数分析

 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):

[attach]209970[/attach]

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:  /*

00211:   * Clear the 16K level 1 swapper page table

00212:   */

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:  /*

00226:   * Create identity mapping for first MB of kernel to

00227:   * cater for the MMU enable.  This identity mapping

00228:   * will be removed by paging_init().  We use our current program

00229:   * counter to determine corresponding section base address.

00230:   */

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:  /*

00236:   * Now setup the pagetables for our kernel direct

00237:   * mapped region.

00238:   */

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:  /*

00251:   * Then map first 1MB of ram in case it contains our boot params.

00252:   */

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.

        /* TODO: 这两行的code很奇怪,为什么要先取TEXTADDR的高8位(Bit[31:24])0xff000000,然后再取后面的8位(Bit[23:20])0x00f00000*/           

        

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 = .; /* BSS */

        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的第一兆内存中可能存储着boot params.