嵌入式Linux移植之記憶體初始化和地址對映
阿新 • • 發佈：2019-02-06
Linux核心有兩個重要的巨集：PHYS_OFFSET和PAGE_OFFSET。PHYS_OFFSET是實體記憶體的起始地址，PAGE_OFFSET是Linux核心空間的虛擬起始地址（預設為0xC0000000,可通過menuconfig配置，CONFIG_PAGE_OFFSET）。PHYS_OFFSET可通過menuconfig配置（CONFIG_PHYS_OFFSET）,但一般不直接配置。如果定義了CONFIG_ARM_PATCH_PHYS_VIRT，則核心會根據實際所在的地址調整PHYS_OFFSET的值。
核心映象生成的時候需要PHYS_OFFSET和PAGE_OFFSET對應的實體地址，在Makefile.boot中指定。對於SMDK2440開發板，則為arch/arm/mach-s3c24xx/Makefile.boot，如下，zreladdr-y即為__pa(PAGE_OFFSET+TEXT_OFFSET)（TEXT_OFSSET在makefile中寫死了為0x8000)。params_phys-y即為PHYS_OFFSET
ifeq ($(CONFIG_PM_H1940),y)
zreladdr-y += 0x30108000
params_phys-y := 0x30100100
else
zreladdr-y += 0x30008000
params_phys-y := 0x30000100
endif對於mem=xxx引數，在early_param中初始化memblock，這裡實際上添加了一個起始地址為PHYS_OFFSET，大小為mem=指定的記憶體bank。
對於ATAG_MEM，則在parse_tag_mem32新增一個記憶體bank。static int __init early_mem(char *p) { static int usermem __initdata = 0; u64 size; u64 start; char *endp; /* * If the user specifies memory size, we * blow away any automatically generated * size. */ if (usermem == 0) { usermem = 1; memblock_remove(memblock_start_of_DRAM(), memblock_end_of_DRAM() - memblock_start_of_DRAM()); } start = PHYS_OFFSET; size = memparse(p, &endp); if (*endp == '@') start = memparse(endp + 1, NULL); arm_add_memory(start, size); return 0; }
static int __init parse_tag_mem32(const struct tag *tag)
{
return arm_add_memory(tag->u.mem.start, tag->u.mem.size);
}記憶體佈局初始化好後就會根據記憶體資訊進行地址對映，通過paging_init重新初始化頁表。
parse_early_param();
early_paging_init(mdesc, lookup_processor_type(read_cpuid_id()));
setup_dma_zone(mdesc);
sanity_check_meminfo();
arm_memblock_init(mdesc);
paging_init(mdesc);mem=xxx比atag_mem優先順序較高，會覆蓋atag_mem的設定。
核心在setup_arch函式中進行上面的初始化，start_kernel函式執行完setup_arch後，接著初始化zone和頁分配器（zone實際上管理的是實體記憶體）。
setup_arch(&command_line);
mm_init_cpumask(&init_mm);
setup_command_line(command_line);
.............
build_all_zonelists(NULL, NULL);
page_alloc_init();
......
mm_init();static void __init mm_init(void)
{
/*
* page_cgroup requires contiguous pages,
* bigger than MAX_ORDER unless SPARSEMEM.
*/
page_cgroup_init_flatmem();
mem_init();
kmem_cache_init();
percpu_init_late();
pgtable_init();
vmalloc_init();
}在mem_init中列印memory layout，通過這裡的資料可以找到修改這些layout的方法。
printk(KERN_NOTICE "Virtual kernel memory layout:\n"
" vector : 0x%08lx - 0x%08lx (%4ld kB)\n"
#ifdef CONFIG_HAVE_TCM
" DTCM : 0x%08lx - 0x%08lx (%4ld kB)\n"
" ITCM : 0x%08lx - 0x%08lx (%4ld kB)\n"
#endif
" fixmap : 0x%08lx - 0x%08lx (%4ld kB)\n"
" vmalloc : 0x%08lx - 0x%08lx (%4ld MB)\n"
" lowmem : 0x%08lx - 0x%08lx (%4ld MB)\n"
#ifdef CONFIG_HIGHMEM
" pkmap : 0x%08lx - 0x%08lx (%4ld MB)\n"
#endif
#ifdef CONFIG_MODULES
" modules : 0x%08lx - 0x%08lx (%4ld MB)\n"
#endif
" .text : 0x%p" " - 0x%p" " (%4td kB)\n"
" .init : 0x%p" " - 0x%p" " (%4td kB)\n"
" .data : 0x%p" " - 0x%p" " (%4td kB)\n"
" .bss : 0x%p" " - 0x%p" " (%4td kB)\n",
MLK(UL(CONFIG_VECTORS_BASE), UL(CONFIG_VECTORS_BASE) +
(PAGE_SIZE)),
#ifdef CONFIG_HAVE_TCM
MLK(DTCM_OFFSET, (unsigned long) dtcm_end),
MLK(ITCM_OFFSET, (unsigned long) itcm_end),
#endif
MLK(FIXADDR_START, FIXADDR_TOP),
MLM(VMALLOC_START, VMALLOC_END),
MLM(PAGE_OFFSET, (unsigned long)high_memory),
#ifdef CONFIG_HIGHMEM
MLM(PKMAP_BASE, (PKMAP_BASE) + (LAST_PKMAP) *
(PAGE_SIZE)),
#endif
#ifdef CONFIG_MODULES
MLM(MODULES_VADDR, MODULES_END),
#endif
MLK_ROUNDUP(_text, _etext),
MLK_ROUNDUP(__init_begin, __init_end),
MLK_ROUNDUP(_sdata, _edata),
MLK_ROUNDUP(__bss_start, __bss_stop));<span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;">
</span><span style="white-space: pre;"> </span>ARM晶片主要使用了Linux的兩種地址對映方式，I/O靜態對映（通過iotable_init函式）和ioremap動態對映。我的GT2440開發板啟動後核心的地址空間如下：
在uboot啟動引數中，指定了mem=62M。從圖中可以發現，mem=62M指定了低端地址空間的大小，事實上是因為實體記憶體較小，沒有超過vmalloc_limit。mem=xxx不能達到實際實體記憶體的大小（我的開發板記憶體為64MB），否則系統執行一些耗記憶體的應用程式可能會段錯誤，本人曾經用mjpg-streamer驅動pl2303攝像頭的時候遇到過。一般至少需要預留2MB的空間，有人說是為DMA保留的，我目前不清楚原因。
iotable_init和ioremap函式都是把實體地址對映到vmalloc區。先看看iotable_init，其一般在machine初始化的map_io函式中初始化。
smdk2440_map_io函式中呼叫了s3c24xx_init_io
void __init s3c24xx_init_io(struct map_desc *mach_desc, int size)
{
arm_pm_idle = s3c24xx_default_idle;
/* initialise the io descriptors we need for initialisation */
iotable_init(mach_desc, size);
iotable_init(s3c_iodesc, ARRAY_SIZE(s3c_iodesc));
if (cpu_architecture() >= CPU_ARCH_ARMv5) {
samsung_cpu_id = s3c24xx_read_idcode_v5();
} else {
samsung_cpu_id = s3c24xx_read_idcode_v4();
}
s3c_init_cpu(samsung_cpu_id, cpu_ids, ARRAY_SIZE(cpu_ids));
samsung_pwm_set_platdata(&s3c24xx_pwm_variant);
}/* minimal IO mapping */
#define IODESC_ENT(x) { (unsigned long)S3C24XX_VA_##x, __phys_to_pfn(S3C24XX_PA_##x), S3C24XX_SZ_##x, MT_DEVICE }
static struct map_desc s3c_iodesc[] __initdata = {
IODESC_ENT(GPIO),
IODESC_ENT(IRQ),
IODESC_ENT(MEMCTRL),
IODESC_ENT(UART)
};#define S3C_ADDR_BASE 0xF6000000
#ifndef __ASSEMBLY__
#define S3C_ADDR(x) ((void __iomem __force *)S3C_ADDR_BASE + (x))
#else
#define S3C_ADDR(x) (S3C_ADDR_BASE + (x))
#endif
#define S3C_VA_IRQ S3C_ADDR(0x00000000) /* irq controller(s) */
#define S3C_VA_SYS S3C_ADDR(0x00100000) /* system control */
#define S3C_VA_MEM S3C_ADDR(0x00200000) /* memory control */
#define S3C_VA_TIMER S3C_ADDR(0x00300000) /* timer block */
#define S3C_VA_WATCHDOG S3C_ADDR(0x00400000) /* watchdog */
#define S3C_VA_UART S3C_ADDR(0x01000000) /* UART */#define S3C24XX_VA_IRQ S3C_VA_IRQ
#define S3C24XX_VA_MEMCTRL S3C_VA_MEM
#define S3C24XX_VA_UART S3C_VA_UART
#define S3C24XX_VA_TIMER S3C_VA_TIMER
#define S3C24XX_VA_CLKPWR S3C_VA_SYS
#define S3C24XX_VA_WATCHDOG S3C_VA_WATCHDOG在cpu->map_io中呼叫了s3c244x_map_io，這裡映射了CLKPWR等暫存器。
void __init s3c244x_map_io(void)
{
/* register our io-tables */
iotable_init(s3c244x_iodesc, ARRAY_SIZE(s3c244x_iodesc));static struct map_desc s3c244x_iodesc[] __initdata = {
IODESC_ENT(CLKPWR),
IODESC_ENT(TIMER),
IODESC_ENT(WATCHDOG),
};以I2C驅動為例，在machine初始化中添加了一個I2C platform_deveice
static struct platform_device *smdk2440_devices[] __initdata = {
&s3c_device_ohci,
&s3c_device_lcd,
&s3c_device_wdt,
&s3c_device_i2c0,
&s3c_device_iis,
}; /* map the registers */
res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
i2c->regs = devm_ioremap_resource(&pdev->dev, res);
if (IS_ERR(i2c->regs))
return PTR_ERR(i2c->regs);
dev_dbg(&pdev->dev, "registers %p (%p)\n",
i2c->regs, res);地址對映之後便可以進行訪問了，但一般不直接訪問，而是通過include/asm-generic/io.h中定義的writel、readl等相關介面進行訪問，這樣會有更好的移植性。