BSD小僧の日記

続きです、と行きたいところですが、今回は先に以下の部分を読み解きます。

    308 mmu_init_table:
    309 	/* Add 1MB of VA==PA at 0x00000000 so we can keep the kernel going */
    310 	MMU_INIT(0x0, 0x0,
    311 	    (_end - KERNEL_BASE + 2 * L1_S_SIZE - 1),
    312 	    L1_S_PROTO | L1_S_AP_KRW)
    313 
    314 	MMU_INIT(KERNEL_BASE, 0x0,
    315 	    (_end - KERNEL_BASE + 2 * L1_S_SIZE - 1),
    316 	    L1_S_PROTO | L1_S_AP_KRW  | L1_S_B | L1_S_C)
    317 
    318 	/* Map the 16MB of peripherals */
    319 	MMU_INIT(RPI_KERNEL_IO_VBASE, RPI_KERNEL_IO_PBASE,
    320 	    (RPI_KERNEL_IO_VSIZE + L1_S_SIZE - 1),
    321 	    L1_S_PROTO | L1_S_AP_KRW)
    322 
    323 	/* end of table */
    324 	MMU_INIT(0, 0, 0, 0)

MMU_INITとはすぐ上にあるマクロのようです。

    301 /* We'll modify va and pa at run time so we can use relocatable addresses. */
    302 #define MMU_INIT(va,pa,n_sec,attr) \
    303 	.word	va					    ; \
    304 	.word	pa					    ; \
    305 	.word	n_sec					    ; \
    306 	.word	attr					    ;

単純に引数を.wordで並べればいいということですね。301行目のコメントが気になりますよねぇ。訳すと、再配置可能なアドレスを使えるように、実行時にva（仮想アドレス）とpa（物理アドレス）を変換する、といったところでしょうか。引数はそれぞれ、仮想アドレスと物理アドレスの先頭、n_sec はセクション数ですかね。attrはそのアドレス領域の属性でしょう。

では、一行目のMMU_INITからいってみましょう。

    309 	/* Add 1MB of VA==PA at 0x00000000 so we can keep the kernel going */
    310 	MMU_INIT(0x0, 0x0,
    311 	    (_end - KERNEL_BASE + 2 * L1_S_SIZE - 1),
    312 	    L1_S_PROTO | L1_S_AP_KRW)

MMU_INITの引数を読み解いていきます。最初の二つ0x0, 0x0はいいですね。va=0x0, pa=0x0です。

三つめは(_end - KERNEL_BASE + 2 * L1_S_SIZE - 1)です。これは面倒ですね。_end, KERNEL_BASE, L1_S_SIZEはどう定義されているのでしょう。

まず、KERNEL_BASEはarch/evbarm/include/vmparam.hに定義されています。

  #ifdef KERNEL_BASE_EXT
  #define    KERNEL_BASE        KERNEL_BASE_EXT
  #else
  #define    KERNEL_BASE        0x80000000
  #endif

おっと、KERNEL_BASE_EXTが必要になりました。
KERNEL_BASE_EXTはconf/std.rpiに定義されています。

  options         KERNEL_BASE_EXT=0xc0000000

次に、_endですが、うーん、arch/evbarm/conf/ldscript.evbarmになるのかな。

    }
    . = ALIGN(32 / 8);
    _end = .;
    _bss_end__ = . ; __bss_end__ = . ; __end__ = . ;
    PROVIDE (end = .);
  }

_endの具体的な定義はどうなるのでしょうか？　カーネルをreadelfしてendというシンボルを探すと（ABSとendで探す) ちゃんとあるようです。

NetBSD 6.1_RC1のnetbsd-RPI.gzをreadelfしてみると、次のようになります。

  n61rc1# readelf -a netbsd-RPI|grep end|grep ABS
  
   6634: c0443034     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  ABS end
  10028: c0443034     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  ABS __end__
  10100: c0443034     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  ABS __bss_end__
  11198: c0443034     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  ABS _bss_end__
  12138: c0443034     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  ABS _end

ですから_end = 0xc0443034ということになりそうです。

残りのL1_S_SIZEは先ほども出てきたpte.hに書かれています。

  #define    L1_S_SIZE    0x00100000    /* 1M */
  #define    L1_S_OFFSET    (L1_S_SIZE - 1)
  #define    L1_S_FRAME    (~L1_S_OFFSET)
  #define    L1_S_SHIFT    20

これで謎だった_end, KERNEL_BASE, L1_S_SIZEがわかりました。

n_sec = (_end - KERNEL_BASE + 2 * L1_S_SIZE - 1)は、_end - KERNEL_BASEはkernelの末尾 - kernelの頭、つまりkernelのサイズと読めます。それにL1_S_SIZEつまり1MBの二倍、2MBを足して1を引くだから、0x1FFFFFを足すと以下のように計算されます。

  n_sec = 0xc0443034 - 0xC0000000 + 2 * 0x00100000 - 1 
        = 0x643033;

だいぶ長くなりました。どこを読んでいたんでしたっけ？　ということで再掲します。

    309 	/* Add 1MB of VA==PA at 0x00000000 so we can keep the kernel going */
    310 	MMU_INIT(0x0, 0x0,
    311 	    (_end - KERNEL_BASE + 2 * L1_S_SIZE - 1),
    312 	    L1_S_PROTO | L1_S_AP_KRW)

MMU_INITの最後の引数、attr = L1_S_PROTO | L1_S_AP_KRWを読みましょう。

ここで、attrつまりアトリビュートがどのようなものなのかイメージするために、ページテーブルの形式について触れておきます。

MMUはメモリアクセスの方式を複数選択でき、ページ（タイニー、スモール、ラージの三種）かセクション（セクション、スーパーセクション？）を選びます。NetBSD/rpiではセクションタイプのページテーブルを使っています。

セクションタイプのページテーブルは、ベースアドレス12ビットとアトリビュート20ビットから構成されています。

31-20	19	18	17	16	15	14-12	11-10	9	8-5	4	3	2	1	0
セクションのベースアドレス（12bit)	SBZ	0	nG	S	APX	TEX	AP	IMP	ドメイン	XN	C	B	1	0

セクションの単位は1MBです。32bitメモリアドレスのCPUで表現できるアドレス空間は4GBですから、それを1MB単位で管理するには4096個のページテーブルエントリが必要になります。
4096は0も含めると0-4095で表現できますから4095=0xFFFつまり12ビットあればよいわけです。

あらためてattr = L1_S_PROTO | L1_S_AP_KRWを読みましょう。

L1_S_PROTO のSはどうやらセクションのことのようです。その頭文字をとってSなのでしょう。

L1_S_PROTOを追うと、pmap.hの L1_TYPE_Sに行き着きました。

  #define L1_S_PROTO_generic      (L1_TYPE_S | L1_S_IMP)

L1_TYPE_S, L1_S_IMPはpte.hで定義されています。

  /*
   * ARM L1 Descriptors
   */
  #define L1_TYPE_INV     0x00            /* Invalid (fault) */
  #define L1_TYPE_C       0x01            /* Coarse L2 */
  #define L1_TYPE_S       0x02            /* Section */
  #define L1_TYPE_F       0x03            /* Fine L2 */
  #define L1_TYPE_MASK    0x03            /* mask of type bits */
  
  /* L1 Section Descriptor */
  #define L1_S_B          0x00000004      /* bufferable Section */
  #define L1_S_C          0x00000008      /* cacheable Section */
  #define L1_S_IMP        0x00000010      /* implementation defined */
  #define L1_S_DOM(x)     ((x) << 5)      /* domain */
  #define L1_S_DOM_MASK   L1_S_DOM(0xf)
  #define L1_S_AP(x)      ((x) << 10)     /* access permissions */
  #define L1_S_ADDR_MASK  0xfff00000      /* phys address of section */

L1_TYPE_Sは0x02で定義されており、テーブルの下位2bitを表現しています。
さきのページテーブルの表でも下位2bitは10でしたよね。
L1_S_IMPは0X00000010で定義されています。IMPがimplementationの略だというのはわかりますが、なにをimplementatiionしているんでしょうかねぇ。

ということで、L1_S_PROTO = L1_S_PROTO_generic = L1_TYPE_S | L1_S_IMP = 0x02 | 0x00000010 = 0x0012になります。

つぎは、L1_S_AP_KRWです。

L1_S_AP_KRWはgenassym.cfでマクロになっていて、

  define  L1_S_AP_KRW             L1_S_AP(AP_KRW)

からの

  #define       L1_S_AP(x)      ((x) << 10)     /* access permissions */

なのですね。APはAccess Permissionsの略称だったのですね。

L1_S_AP(AP_KRW)のAP_KRWもおなじみpte.hで定義されています。

  /*
   * Short-hand for common AP_* constants.
   *
   * Note: These values assume the S (System) bit is set and
   * the R (ROM) bit is clear in CP15 register 1.
   */
  #define AP_KR           0x00            /* kernel read */
  #define AP_KRW          0x01            /* kernel read/write */
  #define AP_KRWUR        0x02            /* kernel read/write usr read */
  #define AP_KRWURW       0x03            /* kernel read/write usr read/write */

名前の謎がだいぶ解けてきました。SがSystem bit、KRWがkernel read/writeということのようです。

まとめると、L1_S_AP_KRW = 0x01 << 10 = 0x0400になります。

L1_S_PROTO | L1_S_AP_KRW = 0x0012 | 0x0400 = 0x0412ということがわかりました。

MMU_INITの引数がすべてわかりました。

    309 	/* Add 1MB of VA==PA at 0x00000000 so we can keep the kernel going */
    310 	MMU_INIT(0x0, 0x0,
    311 	    (_end - KERNEL_BASE + 2 * L1_S_SIZE - 1),
    312 	    L1_S_PROTO | L1_S_AP_KRW)

というのは次のように表現できます。

  va = 0x0
  pa = 0x0;
  n_sec = 0xc0443034 - 0xC0000000 + 2 * 0x00100000 - 1 
        = 0x643033;
  attr =  0x0412