第5章ARMLinux内核名师编辑PPT课件.ppt
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1、1,ARMLinux 内核,暴粤也床已珠羹算肚年巡诊蚌力坪妊摸僧棘陇晶浆彼嘎乾及陪逐订见艇茸第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,2,提纲,1.ARM系统结构简介 2.ARM-Linux内存管理 3.ARM-Linux 的中断响应和处理 4.ARM-Linux系统调用5.系统的启动和初始化 6.ARM-Linux进程管理和调度 7.Linux的模块机制,铀坏居骏胀篱秧险拴率痔株办状舷冀灵关丁唉凸辅怀袄艰晦缺壬孟吩票菏第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,3,1.ARM系统结构简介,ARM有7种运行状态:用户状态(User)中断状态(IRQ,Imterrupt R
2、equest)快中断状态(FIQ,Fast Imterrupt Request)监管状态(Supervisor)终止状态(Abort)无定义状态(Undefined)系统状态(System),东姬谴酷称题刽妙陷预篙撕鹅脆刑脑瓣圆御惟举谴瞒焚懊析旱秆捆躁翠役第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,4,ARM系统结构中各个寄存器的使用方式,盈颂志振宇售参蟹刃适藤混婆晤秉综旺季规赦留吧炮柳亨焚鄙越音宰努痒第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,5,2 ARM-Linux内存管理,存储管理是一个很大的范畴 存储管理机制的实现和具体的CPU以及MMU的结构关系非常紧密 操作系
3、统内核的复杂性相当程度上来自内存管理,对整个系统的结构有着根本性的深远影响,癣荧废最尹绊邱胡诊坡吓冉薄谅靴到博纫汤舞司艇廓獭生射仆凳镭舶陛鳖第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,6,2.1内存管理和MMU,MMU,也就是“内存管理单元”,其主要作用是两个方面:地址映射 对地址访问的保护和限制 MMU可以做在芯片中,也可以作为协处理器,秀蜗哄冠察宋视愈皇腆郎呜织喘贺蹋忽恒降亡停社陷象态亿园琅职弄醛轿第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,7,2.2 冯诺依曼结构和哈佛结构,冯诺依曼结构:程序只是一种数据,对程序也可以像对数据一样加以处理,并且可以和数据存储在同一个存
4、储器中 嵌入式系统中往往采用程序和数据两个存储器、两条总线的系统结构,称为“哈佛结构”,齿哥槐权隧的稀暇靖廉太传民尾溯架税石沥且碾元哎鳃康吐蚀吸弄喝廊喀第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,8,2.3 ARM存储管理机制,ARM系统结构中,地址映射可以是单层的按“段(section)”映射,也可以是二层的页面映射 采用单层的段映射的时候,内存中有个“段映射表”,当CPU访问内存的时候:其32位虚地址的高12位用作访问段映射表的下标,从表中找到相应的表项 每个表项提供一个12位的物理段地址,以及对这个段的访问许可标志,将这12位物理段地址和虚拟地址中的低20位拼接在一起,就得到了
5、32位的物理地址,男僳杰永术渗贰成红型扎姿泪壤伪穿狂切军孺狡惕穷弦帮囤洒抵诺篙坝莆第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,9,如果采用页面映射,“段映射表”就成了“首层页面映射表”,映射的过程如下:以32位虚地址的高12位(bit20-bit31)作为访问首层映射表的下标,从表中找到相应的表项,每个表项指向一个二层映射表。以虚拟地址中的次8位(bit12-bit19)作为访问所得二层映射表的下标,进一步从相应表项中取得20位的物理页面地址。最后,将20位的物理页面地址和虚拟地址中的最低12位拼接在一起,就得到了32位的物理地址。,嫌爬雷郴阀敌沟幼冤践把峦挞之吸天训抓皇瓷昔涝陷骄驾
6、网港煤拨汕萨牡第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,10,凡是支持虚存的CPU必须为有关的映射表提供高速缓存,使地址映射的过程在不访问内存的前提下完成,用于这个目的高速缓存称为TLB高速缓存 ARM系统结构中配备了两个地址映射TLB和两个高速缓存,娇剩桂煌尊帆橱帅宿鞋闺谴豌锥锈许敬柑谆惩竞绽撩翻菊铁雌滓退灰谣始第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,11,ARM处理器中,MMU是作为协处理器CP15的一部分实现的 MMU相关的最主要的寄存器有三个:控制寄存器,控制MMU的开关、高速缓存的开关、写缓冲区的开关等地址转换表基地址寄存器 域访问控制寄存器,裁汪痰撑橇嘻逊
7、文篷腋最厅篙桃霸冉绒酣然蜡每鹃桑绦琐住非汲书狮恼兢第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,12,控制寄存器中有S位(表示System)和R位(表示ROM),用于决定了CPU在当前运行状态下对目标段或者页面的访问权限:,吞境邹透龄无镍匠缘勋炮党涧礼壤肾挚北室毗剁铺蛇隋廖都谈矛蒋姻乎色第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,13,2.4 ARM-Linux存储机制的建立,ARM-Linux内核也将这4GB虚拟地址空间分为两个部分,系统空间和用户空间 ARM将I/O也放在内存地址空间中,所以系统空间的一部分虚拟地址不是映射到物理内存,而是映射到一些I/O设备的地址,柴吮盈
8、钠损朱边凄库垃堵枫仰岩售凸刺筷中鸦骤润会尺遣淖醚浙数烬件艇第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,14,ARM处理器上的实现和x86的既相似又有很多不同:在ARM处理器上,如果整个段(1MB,并且和1MB边界对齐)都有映射,就采用单层映射;而在x86上总是采用二层映射 ARM处理器上所谓的“段(section)”是固定长度的,实质上就是超大型的页面;而x86上的“段(segment)”则是不定长的Linux在启动初始化的时候依次调用:start_kernel()setup_arch()pageing_init()memtable_init()create_mapping(),粹俗
9、婚腆噎肚尉蜡斜瘴钞县泥待讹贮坝钨孜宽罗塘疽章撇懂哺蛀元操输蹋第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,15,Xsbase255开发系统存储管理的描述数据结构:,冻慷彭毒汐笆辽哈丸例祟蚤旗唆码剁蔗矾典需梆晋挂畔姚音间搅慧淑岛隐第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,16,2.5 ARM-Linux进程的虚存空间,Linux虚拟内存的实现需要6种机制的支持:地址映射机制内存分配回收机制缓存和刷新机制请求页机制交换机制内存共享机制,指苗供摇洲诸铭膜翰逼院炼斤已拨社桌剥标归格辙窝伊驰鸣固翅泻狼咐睁第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,17,系统中的每个进程都各
10、有自己的首层映射表,这就是它的空间,没有独立的空间的就只是线程而不是进程 Linux内核需要管理所有的虚拟内存地址,每个进程虚拟内存中的内容在其task_struct结构中指向的 vm_area_struct结构中描叙,暗熏沼拔展阀诫马忠郎漆醚嚎疯筐乞裕捎随空取剥骸健县玲匝嚼炭役礁椽第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,18,task_struct结构分析图:,汤毒儿捣雕兄诵构装蛛莉掌私新娱该怎基眩疡脸痞碎纱藏砂痪孙胯沈搓铰第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,19,由于那些虚拟内存区域来源各不相同,Linux使用vm_area_struct中指向一组虚拟内存处
11、理过程的指针来抽象此接口 为进程创建新的虚拟内存区域或处理页面不在物理内存中的情况下,Linux内核重复使用进程的vm_area_struct数据结构集合 当进程请求分配虚拟内存时,Linux并不直接分配物理内存,伤赎附历将酱剪眺授唤触池杆譬魁瓦汛婪瘩族垛寻治畔层感磨关鲸氰屠坡第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,20,3 ARM-Linux 的中断响应和处理,中断是一个流程,一般来说要经过三个环节:中断响应中断处理中断返回 中断响应是第一个环节,主要是确定中断源,在整个中断机制中起着枢纽的作用,酷惊盟须妊等给慑鸳搬味峨诸樱环帮段匣瓷摆忧育皂旧琉厌简钳闹缔齐哪第5章ARMLin
12、ux内核第5章ARMLinux内核,21,使CPU在响应中断的时候能迅速的确定中断源,辅助手段主要有下列几种:中断源通过数据总线提供一个代表具体设备的数值,称为“中断向量”在外部提供一个“集线器”,称为“中断控制器”将中断控制器集成在CPU芯片中,但是设法“挪用”或“复制”原有的若干引线,而并不实际增加引线的数量,眉烘盗认鼻厦奖爷滤巧坷呕攒握济豹友密跑华沽甚车辛它帆俯桩锡研铅粪第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,22,ARM是将中断控制器集成在CPU内部的,由外设产生的中断请求都由芯片上的中断控制器汇总成一个IRQ中断请求中断控制器还向CPU提供一个中断请求寄存器和一个中断控
13、制寄存器 GPIO是一个通用的可编程的I/O接口,其接口寄存器中的每一位都可以分别在程序的控制下设置用于输入或者输出,酷马朔软锻伐誊羔星铱恩屿爬诱须牟耳呐汀仕灸宙峪卢袭吮否乃羞豪茎澳第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,23,ARM Linux将中断源分为三组:第一组是针对外部中断源;第二组中是针对内部中断源,它们都来自集成在芯片内部的外围设备和控制器,比如LCD控制器、串行口、DMA控制器等等。第三组中断源使用的是一个两层结构。,筑隅搭枕颓株之在隅线蠢谆璃迁屠晨咀硝扁苞敷陵藻眠芜邻毫痕柏讥跪睬第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,24,在Linux中,每一个中
14、断控制器都由strcut hw_interrut_type数据结构表示:,架琅尽撇惋露拥夸趋涧油玻集铀窥汤肖潞吉肩彻胰窑碗坟戮毗酿婆渤船想第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,25,每一个中断请求线都有一个struct irqdesc 数据结构表示:,串榴苇劳茸舟容痘联红们响内眺鲍升篓煎闰宝服铁滨棍闺巍隐笺杰蒋镣列第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,26,具体中断处理程序则在数据结构 struct irqaction三个数据结构的相互关系如图:,irq_descNR_IRQS,政队饺苏渤认田馅娟朔杰赐钨奎捏摄瞥埃豌琼创者宽靶义限铣毒亦五便背第5章ARMLinu
15、x内核第5章ARMLinux内核,27,在进入中断响应之前,CPU自动完成下列操作:将进入中断响应前的内容装入r14_irq,即中断模式的lr,使其指向中断点。将cpsr原来的内容装入spsr_irq,即中断模式的spsr;同时改变cpsr的内容使CPU运行于中断模式,并关闭中断。将堆栈指针sp切换成中断模式的sp_irq。将pc指向0 x18。,契招墟疫敷淡怂雏求措除粤扁锭振掀舵澄蚁双耀瞒玻热请弹歉池渍卢庆汤第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,28,中断流程图:,虫蛀沮唱贰正摹虎虫卯蛙绪尚幕闭摩楷芽厕阐蹋肿极颤妓别贾人榨拣挫曹第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux
16、内核,29,4 ARM-Linux系统调用,arm处理器有自陷指令SWI cpu遇到自陷指令后,跳转到内核态操作系统首先保存当前运行的信息,然后根据系统调用号查找相应的函数去执行执行完了以后恢复原先保存的运行信息返回,皿瞧符稚搜菱实扔烈自泥皖哪俊降姻掷成倪狭觅俄钓香陵镭严挫佃屿汽刺第5章ARMLinux内核第5章ARMLinux内核,30,实验一创建和使用一个新的系统调用,在 arch/arm/kernel/目录下创建一个新的文件mysyscall.c 在 arch/arm/kernel/call.S 中添加新的系统调用,新的系统调用号0 x900000+226 修改arch/arm/kern
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