淺讀CuRT：啟動流程

Jserv所寫的CuRT是一個非常輕量級的kernel，運行於ARMv5(PXA255)。很適合拿來作為熟習ARM基本架構與實驗作業系統的各項技術。今天下載後，發現在我的環境（ubuntu12.04）需要作點修改才能通過編譯並正常執行，改完索性clone了一份上github，以利之後實驗修改。這篇文章則是為研讀此kernel所作的一系列紀錄的開頭。

千頭萬緒，從何開始呢？ARM規範其CPU reset後從0x0的位址開始執行，從PXA255的手冊上可知，初始的0x0落於boot ROM的範圍：

但是觀察編譯出來的curt_image.elf可以發現，其link address都以0xa0000000為base，這段位址落於SDRAM的範圍：

由於SDRAM必須要有controller控制時序，所以應該會先由boot ROM將其設定好後再搬過去執行。以上幾件事要能夠運行成功，那麼就勢必在初始時要有一段PIC的程式作relocation（或以某種方式remap address range），等等我們便可發現確實存在這樣的一段代碼。

觀察curt_image.elf的disassembly可知道，_start是.text的起頭，此符號定義於arch/arm/mach-pxa/start.S，所以我們就從這個檔案開始看起吧。:-)

 .text
 /* exception handler vector table */
_start: 
 b reset_handler
 b und_handler
 b swi_handler
 b abt_pref_handler
 b abt_data_handler
 b not_used
 b irq_handler
 b fiq_handler

這邊是典型的reset vector的部份，由於除了reset_handler以外的其他mode我目前還不感興趣，所以就直接跳到reset_handler繼續看：

reset_handler:
 b set_misc set_misc:
...
mask_off_int_reg: /* Mask off all IRQs and FIQs */
...
init_clock_reg: /* PXA250 Clock Register initialization */
...
set_core_clock: /* PXA250 Core Clock is set to Turbo Mode */
...
set_os_timer: /* OS Timer initialization */
...
init_gpio:
...
set_stack_pointer:
...

set_misc的部份對ARM的系統屬性做了初步設定：

• 允許使用全部coprocessor
• 將MMU, cache, write buffer關閉
• 清除TLB、cache、write buffer

mask_off_int_reg則先將所有中斷mask起來。init_clock_reg, set_core_clock, set_os_timer則是設定與system timer有關的參數，晚點再回來細看無妨。init_gpio則將IC的腳位設到所需的function，由於我的目標在kernel本身，所以device的設定也可以晚點再看。init_mem_ctrl則是開始對SDRAM作設定，此部份作完後，CPU就可以開始透過各種load/store指令去存取0xa0000000起頭的範圍了。

比較特別的是set_stack_pointer，由於ARM獨特的banked register機制，所以需要針對每個mode設定其stack poniter，此處透過設定cpsr的mode bit切換mode，然後給予sp初始值，這些值則是訂於此檔案的最前頭，以gas的psudo instruction - .comm去定義。我們可以透過objdump觀察到：以.comm定義的symbol會在.bss section進行配置：

但此處似乎是CuRT的一個bug？因為後續的loader沒有針對.bss作擴展與設0的動作...較直覺的作法應是直接配在.data section。Anyway，接下來就可以開始準備將boot ROM的image搬到SDRAM上了（印證一開始的猜測）：

 /*
  * trampoline - jump to C function main().
  */
.align 4
relocate:
 adr r0, _start

 // relocate the second stage loader
 add r2, r0, #(1024 * 1024)
 ldr r1, =0xa0000000

 /* r0 = source address
  * r1 = target address
  * r2 = source end address
  */
copy_loop:
 ldmia   r0!, {r3-r10}
 stmia   r1!, {r3-r10}
 cmp     r0, r2

 ble     copy_loop

此處並沒有設計任何image header，所以直接假設搬1MB是足夠的，一般正規的loader應該都會加個header標示要載入的位址與長度。但既然這是教學用的kernel，能省code則省code嘍～接著，就是歷史性的一刻了，既然stack都已經設定完畢，表示我們可以開始使用C語言來寫code了！！偉哉C語言！！要運行它，就是這麼的簡單：

jump_to_main:
 bl main
好了，此篇文章只是暖暖身，讓硬體動起來而已，下一篇文章就會開始看kernel真正作了哪些有趣的事情。:-)