2020年01月20日 | ARMv8 Linux内核head.S源码分析

ARMv8Linux内核head.S主要工作内容：

1、 从el2特权级退回到el1

2、 确认处理器类型

3、 计算内核镜像的起始物理地址及物理地址与虚拟地址之间的偏移

4、 验证设备树的地址是否有效

5、 创建页表，用于启动内核

6、 设置CPU（cpu_setup），用于使能MMU

7、 使能MMU

8、 交换数据段

9、 跳转到start_kernel函数继续运行。

/*

 *Low-level CPU initialisation

 *Based on arch/arm/kernel/head.S

 *

 *Copyright (C) 1994-2002 Russell King

 *Copyright (C) 2003-2012 ARM Ltd.

 *Authors:     Catalin Marinas

 *             Will Deacon

 *

 *This program is free software; you can redistribute it and/or modify

 * itunder the terms of the GNU General Public License version 2 as

 *published by the Free Software Foundation.

 *

 *This program is distributed in the hope that it will be useful,

 *but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of

 *MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the

 *GNU General Public License for more details.

 *

 *You should have received a copy of the GNU General Public License

 *along with this program.  If not, see.

 */

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

/*

 *swapper_pg_dir is the virtual address of the initial page table. We place

 *the page tables 3 * PAGE_SIZE below KERNEL_RAM_VADDR. The idmap_pg_dir has

 * 2pages and is placed below swapper_pg_dir.

 */

#define KERNEL_RAM_VADDR      (PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)

#if (KERNEL_RAM_VADDR & 0xfffff) !=0x80000

#error KERNEL_RAM_VADDR must start at0xXXX80000

#endif

#define SWAPPER_DIR_SIZE  (3 * PAGE_SIZE)

#define IDMAP_DIR_SIZE                (2 * PAGE_SIZE)

         .globl       swapper_pg_dir

         .equ swapper_pg_dir, KERNEL_RAM_VADDR -SWAPPER_DIR_SIZE

         .globl       idmap_pg_dir

         .equ idmap_pg_dir, swapper_pg_dir - IDMAP_DIR_SIZE

         .macro     pgtbl, ttb0, ttb1, phys

         add  ttb1, phys, #TEXT_OFFSET - SWAPPER_DIR_SIZE

         sub   ttb0, ttb1, #IDMAP_DIR_SIZE

         .endm

#ifdef CONFIG_ARM64_64K_PAGES

#define BLOCK_SHIFT    PAGE_SHIFT

#define BLOCK_SIZE       PAGE_SIZE

#else

#define BLOCK_SHIFT    SECTION_SHIFT

#define BLOCK_SIZE       SECTION_SIZE

#endif

#define KERNEL_START KERNEL_RAM_VADDR

#define KERNEL_END     _end

/*

 *Initial memory map attributes.

 */

#ifndef CONFIG_SMP

#define PTE_FLAGS         PTE_TYPE_PAGE | PTE_AF

#define PMD_FLAGS       PMD_TYPE_SECT | PMD_SECT_AF

#else

#define PTE_FLAGS         PTE_TYPE_PAGE | PTE_AF | PTE_SHARED

#define PMD_FLAGS       PMD_TYPE_SECT | PMD_SECT_AF | PMD_SECT_S

#endif

#ifdef CONFIG_ARM64_64K_PAGES

#define MM_MMUFLAGS      PTE_ATTRINDX(MT_NORMAL) | PTE_FLAGS

#define IO_MMUFLAGS PTE_ATTRINDX(MT_DEVICE_nGnRE) | PTE_XN | PTE_FLAGS

#else

#define MM_MMUFLAGS      PMD_ATTRINDX(MT_NORMAL) | PMD_FLAGS

#define IO_MMUFLAGS PMD_ATTRINDX(MT_DEVICE_nGnRE) | PMD_SECT_XN | PMD_FLAGS

#endif

/*

 *Kernel startup entry point.

 *---------------------------

 *

 *The requirements are:

 *   MMU= off, D-cache = off, I-cache = on or off,

 *   x0 =physical address to the FDT blob.

 *

 *This code is mostly position independent so you call this at

 *__pa(PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET).

 *

 *Note that the callee-saved registers are used for storing variables

 *that are useful before the MMU is enabled. The allocations are described

 * inthe entry routines.

 */

         __HEAD                    //这是一个宏定义；#define__HEAD          .section         ".head.text","ax"; .section是伪指令ax代表允许执行

         /*

          * DO NOT MODIFY. Image header expected byLinux boot-loaders.

          */

         b       stext                                   //branch to kernel start, magic

         .long        0                                 //reserved

         .quad       TEXT_OFFSET                   // Image load offset from start of RAM

         .quad       0                                 //reserved

         .quad       0                                 //reserved

ENTRY(stext)

         mov x21, x0                               //x21=FDT，x21中保存的是由Uboot传进来的，设备树在内存中的地址。

         bl      el2_setup                          //Drop to EL1，从当前特权级跳入EL1，具体函数内容请看下面el2_setup函数。

         mrs  x22, midr_el1                   //x22=cpuid，x22中保存着cpuid，用以判断运行当前这段代码的CPU是哪一个。

         mov x0, x22                               //x0=cpuid，用于传送参数给函数lookup_processor_type。

         bl      lookup_processor_type //查看处理器类型，见后面具体定义

         mov x23, x0                               //x23=current cpu_table       把函数lookup_processor_type返回的cpu_table地址给x23

         cbz   x23, __error_p                          // invalid processor (x23=0)?

         bl      __calc_phys_offset                 //计算起始物理地址，返回的值中x24=PHYS_OFFSET, x28=PHYS_OFFSET-PAGE_OFFSET

         bl      __vet_fdt                                   //返回后的x21中要么是无效保存0，要么是有效地fdt地址

         bl      __create_page_tables            //为内核创建临时页表 x25=TTBR0,x26=TTBR1，本函数所建立的页表在后面paging_init会销毁重建。

         /*

          * The following calls CPU specific code in aposition independent

          * manner. See arch/arm64/mm/proc.S fordetails. x23 = base of

          * cpu_info structure selected bylookup_processor_type above.

          * On return, the CPU will be ready for the MMUto be turned on and

          * the TCR will have been set.

          */

         ldr    x27, __switch_data                 //由函数__enable_mmu中调用，此时MMU已经开启

         adr   lr, __enable_mmu           //返回“地址无关”的地址,由函数__cpu_setup返回时调用，该函数中执行brx27调用__switch_data函数

         ldr    x12, [x23,#CPU_INFO_SETUP]

         add  x12, x12, x28                    // __virt_to_phys

         br     x12                             //x12中存放的是cpu_info结构体的cpu_setup字段

                                                     //该字段在cpu_table中被初始化为__cpu_setup函数，所里这里调用cpu_setup，不在本文件中暂不分析

                                                     //该函数返回后会把lr给pc，即直接调用上面的__enable_mmu

ENDPROC(stext)

/*

 * If we're fortunate enough to boot at EL2,ensure that the world is

 * sane before dropping to EL1.

 */

ENTRY(el2_setup)

         mrs  x0, CurrentEL                                     //获得当前特权级

         cmp x0, #PSR_MODE_EL2t                      //对比当前特权级是否为EL2

         ccmp        x0,#PSR_MODE_EL2h, #0x4, ne   //NZCV= if notequal then CMP（x0,# PSR_MODE_EL2h） else 0x4

         b.eq 1f

         ret