Analisis proses permulaan pemasangan RISC-V Linux

Bahagian permulaan pemasangan RISC-V Linux agak mudah dan tidak terlalu rumit. Terdapat dua bahagian teras: penciptaan jadual halaman dan pengalihan semula. Penciptaan jadual halaman ditulis dalam bahasa C Hari ini kami akan menganalisis bahagian pemasangan terlebih dahulu. Kami akan membawa anda menganalisis keseluruhan proses permulaan pemasangan, dan kemudian menganalisis pengalihan.

Nota: Artikel ini adalah berdasarkan kernel linux5.10.111

proses permulaan pemasangan

Pertama, mari kita mulakan dengan kerangka umum, analisis keseluruhan.

Laluan: arch /riscv/kernel/head.S, pintu masuk ialah MASUK(_start_kernel)arch/riscv/kernel/head.S，入口是ENTRY(_start_kernel)

从ENTRY(_start_kernel)

Daripada ENTRY(_start_kernel)Mulakan beberapa permulaan sebelum permulaan dan kerja utama sebelum menubuhkan jadual halaman: 🎜Matikan semua gangguan

• /* 关闭所有中断 */
      csrw CSR_IE, zero
      csrw CSR_IP, zero
Kosongkan bss segmen

• /* 加载全局指针gp */
  .option push
  .option norelax
      la gp, __global_pointer$
  .option pop
Simpan hart id dan alamat dtb

• /* 禁用 FPU 以检测内核空间中浮点的非法使用*/
      li t0, SR_FS
      csrc CSR_STATUS, t0
Tetapkan penunjuk sp

• /* 选择一个核启动 */
      la a3, hart_lottery
      li a2, 1
      amoadd.w a3, a2, (a3)
      bnez a3, .Lsecondary_start
di atas akan dimulakan, apabila halaman selesai, halaman sementara akan dimulakan lompat ke fungsi C setup_vm untuk mencipta jadual halaman sementara

• /* 清除bss */
      la a3, __bss_start
      la a4, __bss_stop
      ble a4, a3, clear_bss_done
Redirect

• /* 保存hatr id和dtb地址，hart id保存到a0，dtb地址保存到a1 */
      mv s0, a0
      mv s1, a1
      la a2, boot_cpu_hartid
Tetapkan alamat vektor pengecualian, muat semula persekitaran C

• lompat fungsi C

• start_kernel, mulakan permulaan bahagian bahasa C, dan bahagian pemasangan dilaksanakan

    la sp, init_thread_union + THREAD_SIZE

Lengkapkan _start_kernel kod pemasangan:

    mv a0, s1
    call setup_vm // 跳转到C函数setup_vm，setup_vm会创建临时页表

• Bahagian pemasangan yang sangat penting ialah penciptaan jadual halaman, yang menentukan sama ada program seterusnya boleh terus berlari. Selepas setup_vm mencipta jadual halaman, ia akan mula melaksanakan relokasi redirection ini terutamanya menghidupkan mmu Himpunan relokasi dianalisis di bawah.

relocate

relocate redirect, iaitu untuk membolehkan mmu. Operasi menghidupkan mmu adalah untuk menulis alamat dan kebenaran jadual halaman peringkat pertama ke dalam daftar

Ini dianggap menghidupkan mmu.

• #ifdef CONFIG_MMU
      la a0, early_pg_dir //跳转到relocate前，先把第一级页表early_pg_dir的地址存入a0
      call relocate		//跳转到relocate,开启MMU
  #endif

  relocate有两次开启mmu的操作，第一次开启mmu使用的是setup_vm()建立的trampoline_gd_dir页表，这页表保存的是kernel的前2M内存。第二次开启MMU使用的是early_pg_dir页表，这个页表映射了整个kernel内存以及dtb的4M空间。

  如果trampoline_pg_dir或者early_pg_dir这两个页表的映射没弄好的话，开启MMU的时候就会失败，所以页表的建立十分关键。页表创建后续再深究，下面分析relocate汇编代码。

  • 计算返回地址

    返回地址就是ra加上虚拟地址和物理地址之间的偏移量，这个是固定偏移量。PAGE_OFFSET是kernel入口地址对应的虚拟地址，_start就是kernel入口地址的虚拟地址，PAGE_OFFSET - _start就得到它们之间的偏移，然后再和ra相加，就是返回地址。

  /* Relocate return address */
  	li a1, PAGE_OFFSET
  	la a2, _start
  	sub a1, a1, a2
  	add ra, ra, a1

  • 将异常入口1f的虚拟地址写入stvec寄存器

    因为一旦开启MMU，地址都变成了虚拟地址，原来访问的都是物理地址，开启MMU时，地址发生了改变，VA != PA，从而进入异常，所以要先设置异常入口地址，此时的异常入口为1f。

  /* Point stvec to virtual address of intruction after satp write */
  	la a2, 1f
  	add a2, a2, a1
  	csrw CSR_TVEC, a2

  • 提前计算切换到early_pg_dir页表要写入satp的值

  再进入relocate之前，就已经把early_pg_dir赋值给a0了，所以a0是early_pg_dir。srl是逻辑右移，mmu使用的是sv39，虚拟地址39位，物理地址56位：

  低12位是偏移量，所以PAGE_SHIFT等于12，将early_pg_dir地址右移12位存到a2。根据satp寄存器定义：

  

  MODE等于0x8代表使用sv39 mmu，0x0代表不进行地址翻译，即不开启MMU。这里STAP_MODE为sv39，即0x8。将early_pg_dir地址和SATP_MODE进行或运算后，即可得到写入satp寄存器的值，最后保存到a2。

  /* Compute satp for kernel page tables, but don't load it yet */
  	srl a2, a0, PAGE_SHIFT
  	li a1, SATP_MODE	//sv39 mmu
  	or a2, a2, a1

  • 第一次开启MMU，使用trampoline_pg_dir页表

  satp值的计算和上述是一样的。开启MMU之前，通过sfence.vma命令先刷新TLB。此时开启MMU，就会进入下面的标号为1的汇编段

  	la a0, trampoline_pg_dir
  	srl a0, a0, PAGE_SHIFT
  	or a0, a0, a1
  	sfence.vma	
  	csrw CSR_SATP, a0

  进入异常1f段，重新设置异常入口为.Lsecondary_park，然后切换到early_pg_dir页表，相当于第二次开启MMU。此时，如果之前建立的early_pg_dir页表不对，则会就进入.Lsecondary_park。.Lsecondary_park里面是个wfi指令，是个死循环。

  完整relocate汇编代码：

  relocate:
  	/* Relocate return address */
  	li a1, PAGE_OFFSET
  	la a2, _start
  	sub a1, a1, a2
  	add ra, ra, a1
  
  	/* Point stvec to virtual address of intruction after satp write */
  	la a2, 1f
  	add a2, a2, a1
  	csrw CSR_TVEC, a2
  
  	/* Compute satp for kernel page tables, but don't load it yet */
  	srl a2, a0, PAGE_SHIFT
  	li a1, SATP_MODE
  	or a2, a2, a1
  
  	/*
  	 * Load trampoline page directory, which will cause us to trap to
  	 * stvec if VA != PA, or simply fall through if VA == PA.  We need a
  	 * full fence here because setup_vm() just wrote these PTEs and we need
  	 * to ensure the new translations are in use.
  	 */
  	la a0, trampoline_pg_dir
  	srl a0, a0, PAGE_SHIFT
  	or a0, a0, a1
  	sfence.vma
  	csrw CSR_SATP, a0
  .align 2
  1:
  	/* Set trap vector to spin forever to help debug */
  	la a0, .Lsecondary_park
  	csrw CSR_TVEC, a0
  
  	/* Reload the global pointer */
  .option push
  .option norelax
  	la gp, __global_pointer$
  .option pop
  
  	/*
  	 * Switch to kernel page tables.  A full fence is necessary in order to
  	 * avoid using the trampoline translations, which are only correct for
  	 * the first superpage.  Fetching the fence is guarnteed to work
  	 * because that first superpage is translated the same way.
  	 */
  	csrw CSR_SATP, a2
  	sfence.vma
  
  	ret

  总结

  以上就是RISC-V Linux的汇编启动流程，虽说RISC-V的指令不复杂，但要理解这个汇编启动的部分，还是需要一点基础和时间。另外，大多数人工作中基本用不上汇编，只有真正用上了理解才会比较深。希望本文能够帮助到有需要的人。

Atas ialah kandungan terperinci Analisis proses permulaan pemasangan RISC-V Linux. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!