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发布于 2023-08-16 13:29:24 浏览：1160 订阅该版

[tocm]

本文主要是本人跟踪调试rt smart启动过程的记录贴，所使用的bsp为`qemu-virt64-aarch64`。（持续更新中）

## _start阶段

系统时先进入`_start`执行。首先判断cpu核，如果是0号核的话执行初始化过程，其它核则执行`wfe`指令进入睡眠。初始化的过程如下：

- 将异常等级转入`el1`
- 设置栈顶指针
- 清理bss段
- 初始化mmu的翻译控制寄存器
- 设置内核和用户空间页表基址寄存器，并进行初始化阶段的页表设置。`ttbr0_el1`设置为`0x4015d000`,`ttbr1_el1`设置为`0x4015e000`，这个地址在`.bss`节中。将内核空间虚拟地址映射为物理地址+`0xffff0000000000`-`0x40000000`,用户空间虚拟地址映射为物理地址，映射大小为`0x10000000`(256M)。
- 使能mmu,启用页表翻译地址
- 使用户空间页表基地址寄存器失效(原来设置该寄存器只为了跳转高地址前的地址翻译)，只用内核地址，并设置栈寄存器为`sp_el1`
- 跳转到`rtthread_startup`

## rt_hw_board_init部分

该部分实际属于`rtthread_startup`，但内容较多，故这里单独作一部分

### 内存相关初始化过程及内存管理初步学习

进入内核后首先进行的是内存相关初始化，由于初始化的过程因bsp而异，故该过程在`rt_board_init`中。

首先进入的是`rt_hw_mmu_map_init`，该函数作用是对表示内核地址空间数据结构`rt_kernel_space`的初始化。初始化后其值如下：

```
// 表示内核地址空间
struct rt_aspace rt_kernel_space{
	.start = 0xffff000000000000; // 内核起始地址
	.size = 0x1000000000000; // 内核地址空间大小
	.page_table = MMUTable; // 内核所使用的页表,为变量MMUTable地址0xffff00000015c000，与_start中设置的页表位置相近
	.pgtbl_lock;
	.tree; // 内核地址空间，使用平衡树表示
	.bst_lock.parent.parent.name = "aspace"; // bst_lock的名字
	.asid = 0; // 地址空间id
}
```

在`rt_page_init`中，要做的事情：

- 将页区域范围对齐
- 计算`shadow`范围，涵盖了页区域，边缘与伙伴系统最大chunk对齐
- 清空各秩空闲page列表
- 初始化`mpr_varea`数据结构
- 设置页元数据的范围，并通过`_install_page`初始化页元数据
- 调用`rt_aspace_load_page`来将可分配页加载到内核地址空间

一个需要注意的地方：`void *rt_mpr_start`所标示的位置，不负责具体的页元数据存放，而只负责页元数据大小及偏移的计算。

执行完该部分后，内核地址空间相关全局数据如下：
```
// 表示页表空间
struct rt_varea mpr_varea{
	.start = rt_mpr_start; // 页元数据基址，值为0xfffffdfff0000000,（还未清楚用途）
	.size = rt_mpr_size; // 页元数据区域大小，值为0x20000000000
	.offset = 0;
	.attr = 1536;
	.flag = 8704;
	.aspace = rt_kernel_space;
	.mem_obj = mm_page_mapper; // 内存操作接口
	.node;
	.frames = 0;
	.data = 0;
}
init_mpr_align_start = 0xfffffdfff0880000; // 表示shadow页空间起始页在mpr中元数据,由于页元数据起始地址(rt_mpr_start)是从0物理地址页开始存，所以需要此数据
init_mpr_align_end = 0xfffffdfff0900000; // 表示shadow页空间末尾页对应的页元数据在rt_mpr_start中位置
init_mpr_cont_start = 0xffff000004100000; // 表示mpr容器的起始地址，设为之前页空间的起始地址
early_offset = 0xffff020013880000; // 表示的是初始阶段真实页元数据与mpr之间距离
mpr_cont = 0xffff000003880000; // 表示的是真实页元数据中0物理地址页(不存在的虚拟页)元数据位置
head_cont = 0xffff000004102000; // 表示可分配页区域首页在真实页元数据容器中位置，shadow页区域起始地址较可分配页靠前，4100000是shadow页区域起始页的元数据
tail_cont = 0xffff000004180000; // 表示可分配页区域尾页对应页元数据
reg.start = init_mpr_cont_end/tail_cont; // 将前面的页元数据区域剔除可分配页区域
```
最后结果是页区域的前一部分用于存放页元数据，初始化后页相关内存分布如下：

- 页元数据区域起始地址：0xffff000003880000(`mpr_cont`)，从这里到`head_cont`不会用到
- 原可分配页区域起始地址(0xffff00000410000)对应页元数据地址:0xffff000004102000(`head_cont`)
- 页元数据结束地址/可分配页起始地址:0xffff000004180000(`tail_cond`/`reg.start`)
- 可分配页的终止地址:0xffff000008000000

只有在rt_hw_mmu_ktbl_set设置rt_hw_mmu_ktbl_set了内核页表才可以用rt_kernel_v2p,因为程序执行包括mmu的模拟也需要mmu来翻译页表地址(页表地址也是内核空间一部分)

接下来调用`rt_system_heap_init`进行堆的初始化，该函数在内核对象管理中添加一个`MemHeap`对象，并初始化该对象的成员变量。堆空间设置为`__bss_end`~`0xffff000004000000`

### 中断初始化

由`rt_hw_interrupt_init`执行，大致步骤如下：

- 将`VBAR_EL1`中断向量寄存器设置为`system_vector`
- 初始化gic(aarch64的中断控制器)，并将其mmio映射的物理地址重映射到一个虚拟地址

### 时钟初始化

由`rt_hw_gtimer_init`执行

- 设置时钟中断的回调函数
- 时钟中断频率设为100次/秒

### 控制台初始化

由`rt_hw_uart_init`执行串口初始化

- 重映射uart的io虚拟地址
- 注册`uart0`设备
- 注册uart中断，并使能uart的接收和发送

由`rt_console_set_device`将`uart0`设为控制台设备

- 寻找`uart0`设备
- 注册`console`控制台，关联到`uart0`设备
- 使用`tty_init`初始化`console`,提供tty设备抽象

### 设备树初始化

由`device_tree_setup`来初始化扁平设备树

- 待补充

### PSCI(Power State Coordination Interface)初始化

由`psci_init`来进行

- 待补充
### rt_components_board_init

该阶段无重要初始化函数执行

## rtthread_startup部分

### 定时器初始化

由`rt_system_timer_init`执行

- 初始化全局时钟链表`_timer_list`,将链表设空

### 调度器初始化

由`rt_system_scheduler_init`执行

- 初始化全局基于优先级的线程表`rt_thread_priority_table`
- 初始化每个cpu的基于优先级线程表`per_cpu->priority_table`及cpu结构体中调度相关变量
- 之后就可以创建线程

### 应用初始化

由`rt_application_init`执行

- 创建并启动`main`线程，优先级为10，由于并未调用`rt_scheduler`故该线程并未直接运行

### 空闲线程初始化

由`rt_thread_idle_init`执行

- 创建与cpu相同个数的`idle`线程，并调用`rt_thread_control`绑定到各cpu后启动，优先级最低，由于并未调用`rt_scheduler`故该线程并未直接运行
- 该线程主要负责系统空闲时的资源回收，自定义`idle_hook`执行，及能量管理

### 启动调度器

由`rt_system_scheduler_start`执行

- 之后会调度到目前就绪队列中优先级最高的`main`函数执行，永不返回

## main阶段

该阶段执行各个系统组件的初始化，之后打印hello信息并退出

### libc_system_init

将012号标准输入输出错误文件设为串口

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