ARM Linux靜態(tài)映射分析
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在華清遠見上課過程中，發(fā)現靜態(tài)映射方面初學者比較難于掌握和理解，下面分析一下靜態(tài)映射機制的原理并通過GPIO和USB、LCD等的靜態(tài)映射作為例子來說明如何通過這種靜態(tài)映射的方式訪問外設資源。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/148723.htm內核提供了一個重要的結構體STruct machine_desc ,這個結構體在內核移植中起到相當重要的作用,內核通過machine_desc結構體來控制系統體系架構相關部分的初始化。machine_desc結構體的成員包含了體系架構相關部分的幾個最重要的初始化函數，包括map_io,init_IRq, init_machine以及phys_io , TImer成員等。
machine_desc結構體定義如下：
struct machine_desc {
/*
* Note! The first four elements are used
* by assembler code in head-armv.S
*/
unsigned int nr; /* architecture number */
unsigned int phys_io; /* start of physical io */
unsigned int io_pg_offst; /* byte offset for io
* page tabe entry */
cONst char *name; /* architecture nAME */
unsigned long ;boot_params; /* tagged list */
unsigned int video_start; /* start of video RAM */
unsigned int video_end; /* end of video RAM */
unsigned int reserve_lp0 :1; /* never has lp0 */
unsigned int reserve_lp1 :1; /* never has lp1 */
unsigned int reserve_lp2 :1; /* never has lp2 */
unsigned int soft_reboot :1; /* soft reboot */
void (*fixup)(struct machine_desc *,
struct tag *, char **,
struct meminfo *);
void (*map_io)(void);/* IO mapping function */
void (*init_irq)(void);
struct sys_timer *timer; /* system tick timer */
void (*init_machine)(void);
};
machine_desc結構體通過MACHINE_START宏來初始化,這里以s3c2410平臺為例:
s3c2410 machine_desc結構體定義如下：
/* arch/arm/mach-s3c2410/mach-SMDk2410.c */
MACHINE_START(smdK2410, SMDK2410) /* @TODO: request a new identifier and switch
* to SMDK2410 */
/* Maintainer: Jonas Dietsche */
.phys_io = S3C2410_PA_UART,
.io_pg_offst = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) 0xfffc,
.boot_params = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,
.map_io = smdk2410_map_io,
.init_irq = s3c24xx_init_irq,
.init_machine = smdk2410_init,
.timer = s3c24xx_timer,
MACHINE_END
其中的宏MACHINE_START和MACHINE_END定義如下：
/*
* Set of macros to define architecture features. This is built into
* a table by the linker.
*/
#define MACHINE_START(_type,_name)
const struct machine_desc __mach_desc_##_type
__attribute__((__section__(.arch.info.init))) = {
.nr = MACH_TYPE_##_type,
.name = _name,
#define MACHINE_END
};
其中MACH_TYPE_##_type 為GCC擴展語法中的字符拼接標識，在預編譯的時候會用真正的字符代替，比如我們這里就是MACH_TYPE_SMDK2410
MACHINE_START的使用及各個成員函數的的放置位置以及調用過程如下：
MACH_TYPE_SMDK2410這個值是目標板的類型值，定義在arch/include/asm-arm/mach-types.h內，值為193.
/* arch/include/asm-arm/mach-types.h */
#define MACH_TYPE_SMDK2410 193
由上發(fā)現，MACHINE_START主要是定義了struct machine_desc的類型，放在 section(.arch.info.init)，是初始化數據，其所占用的內存在內核起來之后將會被釋放。
這里的map_io成員即內核提供給用戶的創(chuàng)建外設I/O資源到內核虛擬地址靜態(tài)映射表的接口函數。map_io成員函數會在系統初始化過程中被調用,流程如下：
start_kernel -> setup_arch() --> paging_init()中被調用
struct machine_desc 結構體的各個成員函數在不同時期被調用：
1. .init_machine 在 arch/arm/kernel/setup.c 中被 customize_machine 調用，放在 arch_initcall( ) 段里面，會自動按順序被調用(另外博客分析，敬請關注)。
2. init_irq在start_kernel( ) --> init_IRQ( ) --> init_arch_irq( ) 被調用
3. map_io 在 setup_arch( ) --> paging_init( )被調用
其他主要都在 setup_arch() 中用到。
用戶可以在定義machine_desc結構體時指定map_io的接口函數，我們也正是這樣做的。
接下來我們繼續(xù)分析smdk2410_map_io的執(zhí)行過程，流程如下：
smdk2410_map_io-> s3c24xx_init_io(smdk2410_iodesc, ARRAY_SIZE(smdk2410_iodesc))
下面來看一下s3c24xx_init_io函數：
void __init s3c24xx_init_io(struct map_desc *mach_desc, int mach_size)
{
/* register our io-tables */
iotable_init(s3c_iodesc, ARRAY_SIZE(s3c_iodesc));
……
}
iotable_init內核提供，定義如下：
/*
* Create the architecture specific mappings
*/
void __init iotable_init(struct map_desc *io_desc, int nr)
{
int i;
for (i = 0; i nr; i++)
create_mapping(io_desc + i);
}
由上知道，smdk2410_map_io最終調用iotable_init建立映射表。
iotable_init函數的參數有兩個：一個是map_desc類型的結構體，另一個是該結構體的數量nr。這里最關鍵的就是struct map_desc。map_desc結構體定義如下：
/* include/asm-arm/mach/map.h */
struct map_desc {
unsigned long virtual;
unsigned long physical;
unsigned long length;
unsigned int type;
};
create_mapping( )函數就是通過map_desc提供的信息創(chuàng)建線性映射表的。
這樣的話我們就知道了創(chuàng)建I/O映射表的大致流程為：只要定義相應I/O資源的map_desc結構體，并將該結構體傳給iotable_init函數執(zhí)行，就可以創(chuàng)建相應的I/O資源到內核虛擬地址空間的映射表了。
我們來看看s3c2410是怎么定義map_desc結構體的(即上面iotable_init()函數內的s3c_iodesc)。
[arch/arm/mach-s3c2410/CPU.c]
/* minimal IO mapping */
static struct map_desc s3c_iodesc[] __initdata = {
IODESC_ENT(GPIO),
IODESC_ENT(IRQ),
IODESC_ENT(MEMCTRL),
IODESC_ENT(UART)
};
IODESC_ENT宏如下：
#define IODESC_ENT(x) { (unsigned long)S3C24XX_VA_##x, S3C2410_PA_##x, S3C24XX_SZ_##x, MT_DEVICE }
展開后等價于：
static struct map_desc s3c_iodesc[] __initdata = {
{
.virtual = S3C24XX_VA_GPIO,
.physical = S3C24XX_PA_GPIO,
.length = S3C24XX_SZ_GPIO,
.type = MT_DEVICE
},
……
};
至此，我們可以比較清晰看到GPIO被靜態(tài)映射的過程，由于我們在前面的靜態(tài)映射中已經做好了GPIO的映射，也就是我們寫GPIO相關驅動的時候可以如下配置引腳的原因：
s3c2410_gpio_cfgpin(xxx,xxx);
其實，s3c2410_gpio_cfgpin定義如下：
void s3c2410_gpio_cfgpin(unsigned int pin, unsigned int function)
{
void __iomem *base = S3C2410_GPIO_BASE(pin);
unsigned long mask;
unsigned long con;
unsigned long flags;
if (pin S3C2410_GPIO_BANKB) {
mask = 1 S3C2410_GPIO_OFFSET(pin);
} else {
mask = 3 S3C2410_GPIO_OFFSET(pin)*2;
}
local_irq_save(flags);
con = __raw_readl(base + 0x00);
con = ~mask;
con |= function;
__raw_writel(con, base + 0x00);
local_irq_restore(flags);
}
其中，比較關鍵的一個地方：
void __iomem *base = S3C2410_GPIO_BASE(pin);
這一行中，S3C2410_GPIO_BASE定義如下：
#define S3C2410_GPIO_BASE(pin) ((((pin) ~31) >> 1) + S3C24XX_VA_GPIO)
至此，GPIO的靜態(tài)映射就看得很明白了。
下面來看其他外設的靜態(tài)映射：
在s3c24xx_init_io()函數中，除了iotable_init()以為，還會在最后調用，
(CPU->map_io)(mach_desc, size);
而CPU的這個map_io在arch/arm/mach-s3c2410/cpu.c里面定義如下：
static struct cpu_table cpu_ids[] __initdata = {
{
.idcode = 0x32410000,
.idmask = 0xffffffff,
.map_io = s3c2410_map_io,
.init_clocks = s3c2410_init_clocks,
.init_uarts = s3c2410_init_uarts,
.init = s3c2410_init,
.name = name_s3c2410
},
...
}
再查看s3c2410_map_io(),函數代碼如下：
void __init s3c2410_map_io(struct map_desc *mach_desc, int mach_size)
{
/* register our io-tables */
iotable_init(s3c2410_iodesc, ARRAY_SIZE(s3c2410_iodesc));
iotable_init(mach_desc, mach_size);
}
接下來看結構s3c2410_iodesc [arch/arm/mach-s3c2410/s3c2410.c]，代碼如下，
/* Initial IO mappings */
static struct map_desc s3c2410_iodesc[] __initdata = {
IODESC_ENT(USBHOST),
IODESC_ENT(USBDEV),
IODESC_ENT(CLKPWR),
IODESC_ENT(LCD),
IODESC_ENT(TIMER),
IODESC_ENT(ADC),
IODESC_ENT(WATCHDOG),
};
赫然發(fā)現IODESC_ENT(TIMER)這一行，結合之前GPIO的類似分析，IODESC_ENT宏如下：
#define IODESC_ENT(x) { (unsigned long)S3C24XX_VA_##x, S3C2410_PA_##x, S3C24XX_SZ_##x, MT_DEVICE }
至此，TIMER, USBHOST,USBDEV,lcd,adc,watchdog等的靜態(tài)映射都看得很明白了。
linux操作系統文章專題:linux操作系統詳解（linux不再難懂）
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