😁_head 段

/*
 * 内核启动入口点.
 * ---------------------------
 *
 * 要求:
 *   MMU = off, D-cache = off, I-cache = on or off,
 *   x0 = physical address to the FDT blob.
 *
 * 这段代码的位置是独立的, 所以你可以通过下面的语句进行调用
 * __pa(PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET).
 */
    __HEAD
_head:
#ifdef CONFIG_EFI
    /*
     * 这个 add 指令除了生成 UEFI 需要的 MZ 标志位外没有其他作用.
     */
    add    x13, x18, #0x16
    b    stext
#else
    b    stext                // branch to kernel start, magic
    .long    0                // reserved
#endif

这段代码主要用于开启对 UEFI 的支持；UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）是统一的可扩展固件接口，用于取代BIOS。

😂_stext 段

/*
 * 下面的被调用者保存的通用寄存器用于主低级别引导:
 *
 *  Register   Scope                      Purpose
 *  x21        stext() .. start_kernel()  在 x0 引导中传递的 FDT 指针
 *  x23        stext() .. start_kernel()  物理偏移/KASLR offset
 *  x28        __create_page_tables()     被调用者保存的临时寄存器
 *  x19/x20    __primary_switch()         被调用者保存的临时寄存器
 */
ENTRY(stext)
    bl    preserve_boot_args              // 把引导程序传递的 4 个参数保存在全局数组 boot_args 中
    bl    el2_setup                       // 判断是否需要将异常级别降低到 EL1
    adrp    x23, __PHYS_OFFSET          // 保存物理内核物理偏移
    and    x23, x23, MIN_KIMG_ALIGN - 1    // KASLR 偏移, 默认是 0
    bl    set_cpu_boot_mode_flag          // 更具异常级别设置 CPU 运行模式
    bl    __create_page_tables            // 创建页表映射
    /*
     * 下面的 CPU 启动代码的细节可以查看 arch/arm64/mm/proc.S
     * 执行完成时, CPU 将会开启 MMU和 TCR.
     */
    bl    __cpu_setup    // 初始化处理器
    /*
     * 为主处理器开启内存管理单元, 搭建 C 语言执行环境, 进入 C 语言部分的入口函数 start_kernel.
     */
    b    __primary_switch
ENDPROC(stext)

🍕el2_setup 函数

el2_setup 函数的主要工作如下：

进入内核的时候，ARM64 处理器的异常级别可能是 1 或者 2
如果异常级别是 1，那么在异常级别 1 执行内核
如果异常级别是 2，那么根据处理器是否支持虚拟化宿主扩展（Virtualization Host Extensions, VHE），决定是否需要降级到异常级别1
- 如果处理器支持虚拟化宿主扩展，那么在异常级别 2 执行内核
- 如果处理器不支持虚拟化宿主扩展，那么降级到异常级别 1，在异常级别 1 执行内核
  
  🍔 __create_page_tables 函数
```c /*
- 设置初始化页表. 我们仅仅设置提供内核运行的最基本的页表数量.
- 需要完成下面的工作:
- - 创建恒等映射, 开启 MMU (低地址, TTBR0)
- - 启动 MMU 之后直接跳转到内核开始的数个 MB */ __create_page_tables: mov x28, lr
/*
- 使 idmap 和 swapper 页表无效，以避免收回潜在的脏缓存. */ adrp x0, idmap_pg_dir adrp x1, swapper_pg_dir + SWAPPER_DIR_SIZE + RESERVED_TTBR0_SIZE bl __inval_cache_range
/*
- 清空 idmap 和 swapper 页表. */ adrp x0, idmap_pg_dir adrp x6, swapper_pg_dir + SWAPPER_DIR_SIZE + RESERVED_TTBR0_SIZE 1: stp xzr, xzr, [x0], #16 stp xzr, xzr, [x0], #16 stp xzr, xzr, [x0], #16 stp xzr, xzr, [x0], #16 cmp x0, x6 b.lo 1b
mov x7, SWAPPER_MM_MMUFLAGS

/*
- 创建恒等映射. */ adrp x0, idmap_pg_dir adrp x3, idmap_text_start // pa(__idmap_text_start)

ifndef CONFIG_ARM64_VA_BITS_48

define EXTRA_SHIFT (PGDIR_SHIFT + PAGE_SHIFT - 3)

define EXTRA_PTRS (1 << (48 - EXTRA_SHIFT))

/*
 * If VA_BITS < 48, it may be too small to allow for an ID mapping to be
 * created that covers system RAM if that is located sufficiently high
 * in the physical address space. So for the ID map, use an extended
 * virtual range in that case, by configuring an additional translation
 * level.
 * First, we have to verify our assumption that the current value of
 * VA_BITS was chosen such that all translation levels are fully
 * utilised, and that lowering T0SZ will always result in an additional
 * translation level to be configured.
 */

if VA_BITS != EXTRA_SHIFT

error “Mismatch between VA_BITS and page size/number of translation levels”

endif

/*
 * 计算 TCR_EL1.T0SZ 的最大允许值, 以便可以映射整个ID映射区域.
 * 由于 T0SZ == (64 - #bits used), 这个数字恰好等于
 * __idmap_text_end 的物理地址中前导零的数量.
 */
adrp    x5, __idmap_text_end
clz    x5, x5
cmp    x5, TCR_T0SZ(VA_BITS)    // default T0SZ small enough?
b.ge    1f            // .. then skip additional level
adr_l    x6, idmap_t0sz
str    x5, [x6]
dmb    sy
dc    ivac, x6        // Invalidate potentially stale cache line
create_table_entry x0, x3, EXTRA_SHIFT, EXTRA_PTRS, x5, x6

endif

create_pgd_entry x0, x3, x5, x6
mov    x5, x3                // __pa(__idmap_text_start)
adr_l    x6, __idmap_text_end        // __pa(__idmap_text_end)
create_block_map x0, x7, x3, x5, x6
/*
 * 映射内核镜像 (从 PHYS_OFFSET 开始).
 */
adrp    x0, swapper_pg_dir
mov_q    x5, KIMAGE_VADDR + TEXT_OFFSET    // compile time __va(_text)
add    x5, x5, x23            // add KASLR displacement
create_pgd_entry x0, x5, x3, x6
adrp    x6, _end            // runtime __pa(_end)
adrp    x3, _text            // runtime __pa(_text)
sub    x6, x6, x3            // _end - _text
add    x6, x6, x5            // runtime __va(_end)
create_block_map x0, x7, x3, x5, x6
/*
 * 由于页表中填充了不可缓存的访问 (禁用了MMU), 
 * 再次使 idmap 和 swapper 页表无效，以删除任何加载的缓存线.
 */
adrp    x0, idmap_pg_dir
adrp    x1, swapper_pg_dir + SWAPPER_DIR_SIZE + RESERVED_TTBR0_SIZE
dmb    sy
bl    __inval_cache_range
ret    x28

ENDPROC(__create_page_tables)

__create_page_tables 函数的主要工作如下：
1. 创建恒等映射（identity mapping）
1. 为内核镜像创建映射
恒等映射的特点是虚拟地址和物理地址相同，是为了在开启处理器的内存管理单元的一瞬间能够平滑过渡。<br />函数 __enable_mmu 负责开启内存管理单元，内核把函数 __enable_mmu 附近的代码放在恒等映射代码节（.idmap.text）里面，恒等映射代码节的起始地址存放在全局变量 __idmap_text_start 中，结束地址存放在全局变量 __idmap_text_end 中。<br />恒等映射是为恒等映射代码节创建的映射，idmap_pg_dir 是恒等映射的页全局目录（即第一级页表）的起始地址。<br />在内核的页表中为内核镜像创建映射，内核镜像的起始地址是 _text，结束地址是 _end，swapper_pg_dir 是内核的页全局目录的起始地址。
<a name="7kEF5"></a>
## 🍟__primary_switch 函数
__primary_switch 函数的主要执行流程如下：
1. 调用函数 __enable_mmu 以开启内存管理单元
1. 调用函数 __primary_switched
<a name="VnZSc"></a>
### 🚗__enable_mmu 函数
__enable_mmu 函数的主要执行流程如下：
1. 把转换表基准寄存器 0（TTBR0_EL1）设置为恒等映射的页全局目录的起始物理地址
1. 把转换表基准寄存器 1（TTBR1_EL1）设置为内核的页全局目录的起始物理地址
1. 设置系统控制寄存器（SCTLR_EL1），开启内存管理单元，以后执行程序时内存管理单元将会把虚拟地址转换成物理地址
<a name="zQj0k"></a>
### 🚓__primary_switched 函数
```c
/*
 * 下面的代码需要在 MMU 开启后执行.
 *
 *   x0 = __PHYS_OFFSET
 */
__primary_switched:
    adrp    x4, init_thread_union
    add    sp, x4, #THREAD_SIZE    // 将栈指针指向 0 号线程顶部
    adr_l    x5, init_task
    msr    sp_el0, x5                // 保存线程信息
    adr_l    x8, vectors            // 将 VBAR_EL1 设置为虚拟
    msr    vbar_el1, x8            // 向量表的初始地址
    isb
    stp    xzr, x30, [sp, #-16]!
    mov    x29, sp
    str_l    x21, __fdt_pointer, x5        // 保存 FDT 指针
    ldr_l    x4, kimage_vaddr          // 保存内核虚拟地址
    sub    x4, x4, x0                      // 与实际地址之间
    str_l    x4, kimage_voffset, x5    // 的差值
    // Clear BSS
    adr_l    x0, __bss_start
    mov    x1, xzr
    adr_l    x2, __bss_stop
    sub    x2, x2, x0
    bl    __pi_memset
    dsb    ishst                // 用 0 初始化内核的未初始化数据段
    /*
     * 下面的这些宏配置不是特别懂
     */
#ifdef CONFIG_KASAN
    bl    kasan_early_init
#endif
#ifdef CONFIG_RANDOMIZE_BASE
    tst    x23, ~(MIN_KIMG_ALIGN - 1)    // already running randomized?
    b.ne    0f
    mov    x0, x21                // pass FDT address in x0
    mov    x1, x23                // pass modulo offset in x1
    bl    kaslr_early_init        // parse FDT for KASLR options
    cbz    x0, 0f                // KASLR disabled? just proceed
    orr    x23, x23, x0            // record KASLR offset
    ldp    x29, x30, [sp], #16        // we must enable KASLR, return
    ret                    // to __primary_switch()
0:
#endif
    b    start_kernel    // 调用 C 语言函数 start_kernel
ENDPROC(__primary_switched)

__primary_switched 函数的执行流程如下

把当前异常级别的栈指针寄存器设置为 0 号线程内核栈的顶部（init_thread_union +THREAD_SIZE）
把异常级别 0 的栈指针寄存器（SP_EL0）设置为 0 号线程的结构体 thread_info 的地址（init_task.thread_info）
把向量基准地址寄存器（VBAR_EL1）设置为异常向量表的起始地址（vectors）
计算内核镜像的起始虚拟地址（kimage_vaddr）和物理地址的差值，保存在全局变量 kimage_voffset 中
用 0 初始化内核的未初始化数据段
调用 C 语言函数 start_kernel

操作系统学习

😀内核初始化（S）

😁_head 段

😂_stext 段

🍕el2_setup 函数

🍔 __create_page_tables 函数

ifndef CONFIG_ARM64_VA_BITS_48

define EXTRA_SHIFT (PGDIR_SHIFT + PAGE_SHIFT - 3)

define EXTRA_PTRS (1 << (48 - EXTRA_SHIFT))

if VA_BITS != EXTRA_SHIFT

error “Mismatch between VA_BITS and page size/number of translation levels”

endif

endif