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      linux内核源码解析02--启动代码分析之固定映射

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      linux内核源码解析02--启动代码分析之固定映射

      2023-06-21 06:39:35 阅读次数:495

      linux,内核,映射

      Linux初始化过程页表建立

      Linux初始化过程,会依次建立如下页表映射: 1.恒等映射:页表基地址idmap_pg_dir; 2.粗粒度内核镜像映射:即上篇博文里的“第二次建立页表映射”,页表基地址init_pg_dir; 3.fixmap映射:页表基地址为init_pg_dir,待paging_init之后为swapper_pg_end; 4.细粒度内核镜像映射:页表基地址为swapper_pg_dir; 5.线性映射: 页表基地址为swapper_pg_dir; 6.用户空间页表映射:页表基地址task->mm->pgd; 上篇已经解析了1和2映射,这篇解析fixmap映射。

      fixmap映射的由来:

      建立了恒等映射和粗粒度内核页表映射,只能保证内核镜像的正常访问,此时尚未建立内存管理子系统,如果想访问bootloader传入的dtb,或者其他io设备,还是无法实现的,因此Linux提出了fixmap. fixmap:将一段固定虚拟地址映射到dtb,以及想要访问的IO设备地址(比如串口,用于早期的打印调试); linux内核源码解析02--启动代码分析之固定映射

      1.fixmap映射

      源码参考arch/arm64/kernel/setup.c文件:

      start_kernel() 
        ->setup_arch()
          ->early_fixmap_init()
          ->early_ioramap_init()
          ->setup_machine_fdt(__fdt_pointer)
      
      

      early_fixmap_init函数

      void __init early_fixmap_init(void)
      {
          pgd_t *pgdp;
          p4d_t *p4dp, p4d;
          pud_t *pudp;
          pmd_t *pmdp;
          unsigned long addr = FIXADDR_START;
      
          pgdp = pgd_offset_k(addr);  ///获得pgd页表项
          p4dp = p4d_offset(pgdp, addr);   
          p4d = READ_ONCE(*p4dp);
          if (CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 3 &&
              !(p4d_none(p4d) || p4d_page_paddr(p4d) == __pa_symbol(bm_pud))) {
              /*
               * We only end up here if the kernel mapping and the fixmap
               * share the top level pgd entry, which should only happen on
               * 16k/4 levels configurations.
               */
              BUG_ON(!IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_16K_PAGES));
              pudp = pud_offset_kimg(p4dp, addr);
          } else {
              if (p4d_none(p4d))
                  __p4d_populate(p4dp, __pa_symbol(bm_pud), P4D_TYPE_TABLE);   ///填充p4d表项
              pudp = fixmap_pud(addr);   ///获得pud表项
          }
          if (pud_none(READ_ONCE(*pudp)))
              __pud_populate(pudp, __pa_symbol(bm_pmd), PUD_TYPE_TABLE);      ///填充pud表项
          pmdp = fixmap_pmd(addr);
          __pmd_populate(pmdp, __pa_symbol(bm_pte), PMD_TYPE_TABLE);          ///填充pmd表项
      
          /*
           * The boot-ioremap range spans multiple pmds, for which
           * we are not prepared:
           */
          BUILD_BUG_ON((__fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN) >> PMD_SHIFT)
                   != (__fix_to_virt(FIX_BTMAP_END) >> PMD_SHIFT));
      
          if ((pmdp != fixmap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN)))
               || pmdp != fixmap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_END))) {
              WARN_ON(1);
              pr_warn(pmdp %p != %p, %p\n,
                  pmdp, fixmap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN)),
                  fixmap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_END)));
              pr_warn(fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN): %08lx\n,
                  fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN));
              pr_warn(fix_to_virt(FIX_BTMAP_END):   %08lx\n,
                  fix_to_virt(FIX_BTMAP_END));
      
              pr_warn(FIX_BTMAP_END:       %d\n, FIX_BTMAP_END);
              pr_warn(FIX_BTMAP_BEGIN:     %d\n, FIX_BTMAP_BEGIN);
          }
      }
      
      

      early_ioremap_init函数

      void __init early_ioremap_setup(void)
      {
          int i;
      
          for (i = 0; i 
      

      上述填充完页表和计算准备虚拟地址,在early_ioremap函数,实际建立映射关系;

      early_ioremap函数

      static void __init __iomem *
      __early_ioremap(resource_size_t phys_addr, unsigned long size, pgprot_t prot)
      {
          unsigned long offset;
          resource_size_t last_addr;
          unsigned int nrpages;
          enum fixed_addresses idx;
          int i, slot;
      
          WARN_ON(system_state >= SYSTEM_RUNNING);
      
          slot = -1;
          for (i = 0; i > PAGE_SHIFT;
          if (WARN_ON(nrpages > NR_FIX_BTMAPS))
              return NULL;
      
          /*
           * Ok, go for it..
           */
          idx = FIX_BTMAP_BEGIN - NR_FIX_BTMAPS*slot;
          while (nrpages > 0) {
              if (after_paging_init)
                  __late_set_fixmap(idx, phys_addr, prot);
              else
                  __early_set_fixmap(idx, phys_addr, prot);   ///建立虚拟地址到phys_addr的映射
              phys_addr += PAGE_SIZE;
              --idx;
              --nrpages;
          }
          WARN(early_ioremap_debug, %s(%pa, %08lx) [%d] => %08lx + %08lx\n,
               __func__, &phys_addr, size, slot, offset, slot_virt[slot]);
      
          prev_map[slot] = (void __iomem *)(offset + slot_virt[slot]);   ///返回实际的虚拟地址
          return prev_map[slot];
      }
      
      

      earlycon

      在driver/tty/serail/earlycon.c文件,earlycon_map函数实际做ioremap映射

      static void __iomem * __init earlycon_map(resource_size_t paddr, size_t size)
      {
          void __iomem *base;
      #ifdef CONFIG_FIX_EARLYCON_MEM
          set_fixmap_io(FIX_EARLYCON_MEM_BASE, paddr & PAGE_MASK);
          base = (void __iomem *)__fix_to_virt(FIX_EARLYCON_MEM_BASE);
          base += paddr & ~PAGE_MASK;
      #else
          base = ioremap(paddr, size);
      #endif
          if (!base)
              pr_err(%s: Couldn't map %pa\n, __func__, &paddr);
      
          return base;
      }
      
      

      3.dtb映射

      设备树,通过虚拟地址获取内存信息和板级信息; setup_machine_fdt(__fdt_pointer);///设备树映射

      void *__init fixmap_remap_fdt(phys_addr_t dt_phys, int *size, pgprot_t prot)
      {
          const u64 dt_virt_base = __fix_to_virt(FIX_FDT);   ///获得设备树的虚拟地址i    
          int offset;
          void *dt_virt;
      
          /*
           * Check whether the physical FDT address is set and meets the minimum
           * alignment requirement. Since we are relying on MIN_FDT_ALIGN to be
           * at least 8 bytes so that we can always access the magic and size
           * fields of the FDT header after mapping the first chunk, double check
           * here if that is indeed the case.
           */
          BUILD_BUG_ON(MIN_FDT_ALIGN > SWAPPER_TABLE_SHIFT !=
                   __fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN) >> SWAPPER_TABLE_SHIFT);
      
          offset = dt_phys % SWAPPER_BLOCK_SIZE;
          dt_virt = (void *)dt_virt_base + offset;
      
          /* map the first chunk so we can read the size from the header */
          create_mapping_noalloc(round_down(dt_phys, SWAPPER_BLOCK_SIZE),      ///建立映射,页表   的已知的,不能临时分配(因为伙伴系统尚未工作)
                  dt_virt_base, SWAPPER_BLOCK_SIZE, prot);
      
          if (fdt_magic(dt_virt) != FDT_MAGIC)
              return NULL;
      
          *size = fdt_totalsize(dt_virt);
          if (*size > MAX_FDT_SIZE)
              return NULL;
      
          if (offset + *size > SWAPPER_BLOCK_SIZE)
              create_mapping_noalloc(round_down(dt_phys, SWAPPER_BLOCK_SIZE), dt_virt_base,
                         round_up(offset + *size, SWAPPER_BLOCK_SIZE), prot);
      
          return dt_virt;
      }
      
      

      建立映射后,即可以通过虚拟地址访问dtb内容; 内核通过dtb收集了内存布局信息后,会通过memblock模块进行管理。最后资源保存在memblock的memory type数组中; 该部分内容会用在后续的内存子系统建立中(伙伴系统初始化);

      版权声明:本文内容来自第三方投稿或授权转载,原文地址:https://blog.51cto.com/u_7784550/6041302,作者:luteresa,版权归原作者所有。本网站转在其作品的目的在于传递更多信息,不拥有版权,亦不承担相应法律责任。如因作品内容、版权等问题需要同本网站联系,请发邮件至ctyunbbs@chinatelecom.cn沟通。

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