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加载解析fdt 存储信息
kaslr和页表映射
虚拟地址到物理地址转换
参考
加载解析fdt 存储信息
start_kernel（）-》setup_arch（）-》setup_machine_fdt（）-》 early_init_dt_scan_memory（）
通过fdt 获取存储信息，base_address和size，再通过early_init_dt_add_memory_arch(base, size); 加入memblock 子系统。
kaslr和页表映射
kernel-4.19/arch/arm64/mm/init.c
659#define MLK(b, t) b, t, ((t) - (b)) >> 10
660#define MLM(b, t) b, t, ((t) - (b)) >> 20
661#define MLG(b, t) b, t, ((t) - (b)) >> 30
662#define MLK_ROUNDUP(b, t) b, t, DIV_ROUND_UP(((t) - (b)), SZ_1K)
663
664 pr_notice("Virtual kernel memory layout:n");
665#ifdef CONFIG_KASAN
666 pr_notice(" kasan : 0x%16lx - 0x%16lx (%6ld GB)n",
667 MLG(KASAN_SHADOW_START, KASAN_SHADOW_END));
668#endif
669 pr_notice(" modules : 0x%16lx - 0x%16lx (%6ld MB)n",
670 MLM(MODULES_VADDR, MODULES_END));
671 pr_notice(" vmalloc : 0x%16lx - 0x%16lx (%6ld GB)n",
672 MLG(VMALLOC_START, VMALLOC_END));
673 pr_notice(" .text : 0x%p" " - 0x%p" " (%6ld KB)n",
674 MLK_ROUNDUP(_text, _etext));
675 pr_notice(" .rodata : 0x%p" " - 0x%p" " (%6ld KB)n",
676 MLK_ROUNDUP(__start_rodata, __init_begin));
677 pr_notice(" .init : 0x%p" " - 0x%p" " (%6ld KB)n",
678 MLK_ROUNDUP(__init_begin, __init_end));
679 pr_notice(" .data : 0x%p" " - 0x%p" " (%6ld KB)n",
680 MLK_ROUNDUP(_sdata, _edata));
681 pr_notice(" .bss : 0x%p" " - 0x%p" " (%6ld KB)n",
682 MLK_ROUNDUP(__bss_start, __bss_stop));
683 pr_notice(" fixed : 0x%16lx - 0x%16lx (%6ld KB)n",
684 MLK(FIXADDR_START, FIXADDR_TOP));
685 pr_notice(" PCI I/O : 0x%16lx - 0x%16lx (%6ld MB)n",
686 MLM(PCI_IO_START, PCI_IO_END));
687#ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
688 pr_notice(" vmemmap : 0x%16lx - 0x%16lx (%6ld GB maximum)n",
689 MLG(VMEMMAP_START, VMEMMAP_START + VMEMMAP_SIZE));
690 pr_notice(" 0x%16lx - 0x%16lx (%6ld MB actual)n",
691 MLM((unsigned long)phys_to_page(memblock_start_of_DRAM()),
692 (unsigned long)virt_to_page(high_memory)));
693#endif
694 pr_notice(" memory : 0x%16lx - 0x%16lx (%6ld MB)n",
695 MLM(__phys_to_virt(memblock_start_of_DRAM()),
696 (unsigned long)high_memory));
kernel-4.19/arch/arm64/include/asm/pgtable.h
33#define VMALLOC_START (MODULES_END)
34#define VMALLOC_END (PAGE_OFFSET - PUD_SIZE - VMEMMAP_SIZE - SZ_64K)
35
36#define vmemmap ((struct page *)VMEMMAP_START - (memstart_addr >> PAGE_SHIFT))
37
38#define FIRST_USER_ADDRESS 0UL
这里VMALLOC_START 跟 KIMAGE_VADDR 一样
kernel-4.19/arch/arm64/kernel/head.S
379 adrp x0, swapper_pg_dir
380 mov_q x5, KIMAGE_VADDR + TEXT_OFFSET // compile time __va(_text)
381 add x5, x5, x23 // add KASLR displacement
382 mov x4, PTRS_PER_PGD
383 adrp x6, _end // runtime __pa(_end)
384 adrp x3, _text // runtime __pa(_text)
385 sub x6, x6, x3 // _end - _text
386 add x6, x6, x5 // runtime __va(_end)
map_memory x0, x1, x5, x6, x7, x3, x4, x10, x11, x12, x13, x14
map_memory 是将虚拟地址x5 ，长度x6 映射到物理地址x3 开始的位置；其中x0 页表地址，x1 第一个页表项，通常x1=x0+PAGE_SIZE;x4 表示对应页表等级由多少项。这里是将内核代码段.text 从虚拟地址KIMAGE_VADDR + TEXT_OFFSET+KASLR 偏移 对应虚拟地址映射到物理地址_text 对应连续物理地址。
vmlinux 对应的是编译链接地址；coredump 及内核堆栈对应的是运行时地址；
支持kaslr之前，kernel加载到system RAM的某个位置，它之前的内存kernel是无法管理的，所以一般将kernel加载到system RAM的 起始位置+TEXT_OFFSET（0x080000）处，因为kaslr修改成可以随意加载到system RAM的任何位置，只要满足对齐要求就可以；
支持kaslr之前，kernel image是映射到线性映射区域的(4.15 之前)，因为kaslr才修改成映射到vmalloc区域；
为了支持kaslr，内核要编译成PIE(Position Independent Execuable)，才能重映射
这样.text 其实位置跟 VMALLOC区其实地址有一个偏移
add_link = addr_run - (VAMLLOC_START - .text_start) + TEXT_OFFSET ？？？
add_link 是addr2line 使用，addr_run 是虚拟地址，运行时堆栈地址。 .text_start 是load物理地址？？？
MTK 平台：
static inline void show_kaslr(void)
55{
56 u64 const kaslr_offset = aee_get_kimage_vaddr() - KIMAGE_VADDR;
57
58 pr_notice("Kernel Offset: 0x%llx from 0x%lxn",
59 kaslr_offset, KIMAGE_VADDR);
60 pr_notice("PHYS_OFFSET: 0x%llxn", PHYS_OFFSET);
61 aee_rr_rec_kaslr_offset(kaslr_offset);
62}
aee_get_kimage_vaddr 从coredump 里面读取kimage_vaddr 对应地址
9#if defined(KIMAGE_VADDR)
90 machdesc_p->kimage_vaddr = KIMAGE_VADDR;
91#endif
92#if defined(TEXT_OFFSET)
93 machdesc_p->kimage_vaddr += TEXT_OFFSET;
94#endif
kernel-4.19/arch/arm64/include/asm/memory.h
35#define PCI_IO_SIZE SZ_16M
36
37
44#define STRUCT_PAGE_MAX_SHIFT 6
45
46
50#define VMEMMAP_SIZE (UL(1) << (VA_BITS - PAGE_SHIFT - 1 + STRUCT_PAGE_MAX_SHIFT))
51
52
59#define VA_BITS (CONFIG_ARM64_VA_BITS)
60#define VA_START (UL(0xffffffffffffffff) -
61 (UL(1) << VA_BITS) + 1)
62#define PAGE_OFFSET (UL(0xffffffffffffffff) -
63 (UL(1) << (VA_BITS - 1)) + 1)
64#define KIMAGE_VADDR (MODULES_END)
65#define MODULES_END (MODULES_VADDR + MODULES_VSIZE)
66#define MODULES_VADDR (VA_START + KASAN_SHADOW_SIZE)
67#define MODULES_VSIZE (SZ_128M)
68#define VMEMMAP_START (PAGE_OFFSET - VMEMMAP_SIZE)
69#define PCI_IO_END (VMEMMAP_START - SZ_2M)
70#define PCI_IO_START (PCI_IO_END - PCI_IO_SIZE)
71#define FIXADDR_TOP (PCI_IO_START - SZ_2M)
72
73#define KERNEL_START _text
74#define KERNEL_END _end
内核虚拟地址起点：VA_START = 0xffff_0000_0000_0000
PAGE_OFFSET =0xffff_1000_0000_0000
PAGE_OFFSET - the virtual address of the start of the linear map (top(VA_BITS - 1))
KIMAGE_VADDR - the virtual address of the start of the kernel image
这里MODULES_VSIZE = 128M = 0x8000000
kernel-4.19/arch/arm64/Makefile
90# The byte offset of the kernel image in RAM from the start of RAM.
91ifeq ($(CONFIG_ARM64_RANDOMIZE_TEXT_OFFSET), y)
92TEXT_OFFSET := $(shell awk "BEGIN {srand(); printf "0x%06xn",
93 int(2 * 1024 * 1024 / (2 ^ $(CONFIG_ARM64_PAGE_SHIFT)) *
94 rand()) * (2 ^ $(CONFIG_ARM64_PAGE_SHIFT))}")
95else
96TEXT_OFFSET := 0x00080000
这里CONFIG_ARM64_PAGE_SHIFT 页大小 12 位
User space 地址mmu转换示例：
基本概念介绍：
task_struct->mm
如果是用户进程，指向当前的进程地址空间。
如果是内核线程，为空(内核线程没有进程地址空间)。
task_struct->active_mm
如果是用户进程，mm与active_mm相同，都指向进程的地址空间。
如果是内核线程，指向被借用的用户进程的地址空间(mm)。
user space各个process 保存自己独立的pgd，存放在task__struct->mm->pgd里面，每次做context switch时，会把next_task的pgd存放到TTBR0_EL0里面，从而实现不同process不同的地址空间。
TTBR0_EL1 对应内核pgd
cr3寄存器的加载
cr3寄存器的加载是在进程调度的时候更新的，具体如下
schedule()->context_switch()->switch_mm()->load_cr3(next->pgd)
load_cr3加载的是mm_struct->pgd，即线性地址，而实际上加裁到cr3寄存器的是实际的物理地址write_cr3(__pa(pgdir));在装载cr3寄存器时将线性地址通过__pa转换成了物理地址了，所以cr3寄存器是装的是实实在在的物理地址。正在使用的页目录的物理地址存在cr3控制寄存器中
ARM64 Kernel Image Mapping的变化
假设页表映射层级是4，即配置CONFIG_ARM64_PGTABLE_LEVELS=4。地址宽度是48，即配置CONFIG_ARM64_VA_BITS=48，页大小4K，每个页表项占 8字节
PGD [47,39] 512*512G=256T
PUD [38,30] 512G
PMD [29,21] 512*2M = 1G
PTE [20,12] 4K/8=512 项，512*4K = 2M
PAGE_SHIFT [11~0]
kernel-4.19/arch/arm64/include/asm/pgtable-hwdef.h
*/ 16#ifndef __ASM_PGTABLE_HWDEF_H 17#define __ASM_PGTABLE_HWDEF_H 18 19#include20 21 37#define ARM64_HW_PGTABLE_LEVELS(va_bits) (((va_bits) - 4) / (PAGE_SHIFT - 3)) 38 39 52#define ARM64_HW_PGTABLE_LEVEL_SHIFT(n) ((PAGE_SHIFT - 3) * (4 - (n)) + 3) 53 54#define PTRS_PER_PTE (1 << (PAGE_SHIFT - 3)) 55 56 59#if CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 2 60#define PMD_SHIFT ARM64_HW_PGTABLE_LEVEL_SHIFT(2) 61#define PMD_SIZE (_AC(1, UL) << PMD_SHIFT) 62#define PMD_MASK (~(PMD_SIZE-1)) 63#define PTRS_PER_PMD PTRS_PER_PTE 64#endif 65 66 69#if CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 3 70#define PUD_SHIFT ARM64_HW_PGTABLE_LEVEL_SHIFT(1) 71#define PUD_SIZE (_AC(1, UL) << PUD_SHIFT) 72#define PUD_MASK (~(PUD_SIZE-1)) 73#define PTRS_PER_PUD PTRS_PER_PTE 74#endif 75 76 80#define PGDIR_SHIFT ARM64_HW_PGTABLE_LEVEL_SHIFT(4 - CONFIG_PGTABLE_LEVELS) 81#define PGDIR_SIZE (_AC(1, UL) << PGDIR_SHIFT) 82#define PGDIR_MASK (~(PGDIR_SIZE-1)) 83#define PTRS_PER_PGD (1 << (VA_BITS - PGDIR_SHIFT)) 84 85 88#define SECTION_SHIFT PMD_SHIFT 89#define SECTION_SIZE (_AC(1, UL) << SECTION_SHIFT) 90#define SECTION_MASK (~(SECTION_SIZE-1))
当配置CONFIG_PGTABLE_LEVELS为4 ，则为4级页表
PGDIR_SHIFT = ARM64_HW_PGTABLE_LEVEL_SHIFT（0） = 39 ，表示VA 中除了本级页表地址，还有39 位表示其它级地址
PTRS_PER_PGD = (1 << (VA_BITS - PGDIR_SHIFT)) = 1<<9
虚拟地址到物理地址转换
virt_to_phys和phys_to_virt
内核虚拟地址起点：VA_START = 0xffff_0000_0000_0000
PAGE_OFFSET =0xffff_1000_0000_0000
PAGE_OFFSET - the virtual address of the start of the linear map (top(VA_BITS - 1))
对于48位虚拟地址，从PAGE_OFFSET 开始的往大地址的区域是线性区域，跟物理地址就是一个PHYS_OFFSET 偏差；如果不是线性区域，这个时候是 kimage_voffset 偏移；
- #define PHYS_OFFSET ({ VM_BUG_ON(memstart_addr & 1); memstart_addr; })
- #define __is_lm_address(addr) (!!((addr) & BIT(VA_BITS - 1)))
- #define __lm_to_phys(addr) (((addr) & ~PAGE_OFFSET) + PHYS_OFFSET)
- #define __kimg_to_phys(addr) ((addr) - kimage_voffset)
- #define __virt_to_phys_nodebug(x) ({
- phys_addr_t __x = (phys_addr_t)(x);
- __is_lm_address(__x) ? __lm_to_phys(__x) : __kimg_to_phys(__x);
- #define __virt_to_phys(x) __virt_to_phys_nodebug(x)
- static inline phys_addr_t virt_to_phys(const volatile void *x)
- {
- return __virt_to_phys((unsigned long)(x));
- }
kimage_voffset 的获取：
- #define KERNEL_START _text
- #define __PHYS_OFFSET (KERNEL_START - TEXT_OFFSET)
- ENTRY(kimage_vaddr)
- .quad _text - TEXT_OFFSET
- __primary_switched:
- ldr_l x4, kimage_vaddr // Save the offset between
- sub x4, x4, x0 // the kernel virtual and
- str_l x4, kimage_voffset, x5 // physical mappings
- b start_kernel
- __primary_switch:
- bl __enable_mmu
- ldr x8, =__primary_switched
- adrp x0, __PHYS_OFFSET
- br x8
__primary_switch 这里获取的是MMU 没有打开时的_text 链接的地址（相对VMALLOC有一个偏移），加载地址跟链接地址一样；
__primary_switched x4 获取是运行时_text 运行虚拟地址，这个时候运行地址跟加载地址不一样，从而x4-x0 就是运行虚拟地址跟加载地址的一个偏移存入kimage_voffset。
参考
device tree 简介 - 灰信网（软件开发博客聚合）
ARM64 Kernel Image Mapping的变化
