汇编其实很可爱
- 绝大部分IT从业人员终生不用触碰到的汇编,它听着像上古时代遥远的呼唤,总觉得远却又能听到声,汇编再往下就真的是01110011了,汇编指令基本是一一对应了机器指令.
- 所谓内核是对硬件的驱动,对驱动之后资源的良序管理,这里说的资源是CPU(单核/多核),内存,磁盘,i/o设备.层层封装,步步遮蔽,到了应用层,不知有汉,无论魏晋才好.好是好,但有句话,其实哪有什么岁月静好,只是有人替你负重前行.难道就不想知道别人是怎么负重前行的?
- 越高级的语言是越接近人思维模式的,越低级的语言就是越贴近逻辑与非门的高低电平的起伏.汇编是贴着硬件飞行的,要研究内核就绕不过汇编,觉得神秘是来源于不了解,恐惧是来自于没接近.
- 其实深入分析内核源码之后就会发现,汇编其实很可爱,很容易,比c/c++/java容易太多了,真的是很傻很单纯.
鸿蒙内核源码分析系列篇至少已经有五篇涉及到了汇编,请自行翻看,但还是远远不够,要写十五篇,彻底摸透,现在才刚刚开始,本篇先整理鸿蒙内核所有汇编文件和大概说明文件的作用,后续一块一块来剥,不把这些汇编剥个精光不罢休.
汇编目录
鸿蒙所有汇编文件如下: 直接点击可以查看注解源码,有些站点会把链接去除,没办法,可直接去各大站点搜"鸿蒙内核源码分析",找到源码注解.
- \arch\arm\arm\src
- cache.S 缓存相关的两个函数
- reset_vector_mp.S 多核CPU下启动代码,大文件
- reset_vector_up.S 单核CPU下启动代码,大文件
- startup 启动相关
- armv7a
- los_dispatch.S 异常分发处理,大文件.
- los_hw_exc.S 硬件异常相关,大文件.
- los_hw_runstop.S
OsSRSaveRegister和OsSRRestoreRegister汇编实现 - jmp.S 两个简单的跳转函数
- hw_user_get.S 拷贝用户空间数据到内核空间
- hw_user_put.S 拷贝内核空间数据到用户空间
hw_user_get.S
将用户空间数据src 拷贝到内核空间 dst
// errno_t _arm_get_user(void *dst, const void *src, size_t dstTypeLen, size_t srcTypeLen)
FUNCTION(_arm_get_user)
stmdb sp!, {r0, r1, r2, r3, lr} @四个参数入栈,保存LR
cmp r2, #0 @r2 和 0比较
beq .Lget_user_return @相等 跳到Lget_user_return 直接返回
cmp r2, r3 @r2 和 r3比较
bne .Lget_user_err @不等,说明函数要返回错误
cmp r2, #1 @r2 和 1比较
bhi .Lget_user_half @if(dstTypeLen>1) 跳转到Lget_user_half
.Lget_user_byte: @按字节拷贝数据
0: ldrbt r3, [r1], #0 @r3=*r1
1: strb r3, [r0], #0 @*r0=r3
b .Lget_user_return
.Lget_user_half:
cmp r2, #2 @r2 和 2比较
bhi .Lget_user_word @if(dstTypeLen>2) Lget_user_word
2: ldrht r3, [r1], #0 @完成最后一个字节的拷贝
3: strh r3, [r0], #0 @完成最后一个字节的拷贝
b .Lget_user_return
.Lget_user_word:
cmp r2, #4 @r2 和 4比较
bhi .Lget_user_err @if(dstTypeLen>4) 跳转到Lget_user_err
4: ldrt r3, [r1], #0
5: str r3, [r0], #0
.Lget_user_return: @返回锚点
ldmia sp!, {r0, r1, r2, r3, lr} @保存的内容出栈,恢复各寄存器值
mov r0, 0 @r0保存返回值为0
bx lr @跳回调用函数继续执行,_arm_get_user到此结束!
.Lget_user_err:
ldmia sp!, {r0, r1, r2, r3, lr} @保存的内容出栈,恢复各寄存器值
mov r0, #-14 @r0保存返回值为-14
bx lr @跳回调用函数继续执行,_arm_get_user到此结束!
.pushsection __exc_table, "a"
.long 0b, .Lget_user_err
.long 1b, .Lget_user_err
.long 2b, .Lget_user_err
.long 3b, .Lget_user_err
.long 4b, .Lget_user_err
.long 5b, .Lget_user_err
.popsection
解读
-
用户空间和内核空间的数据为什么需要拷贝? 这是个经典问题,看了网上的一些回答,没毛病:
内核不能信任任何用户空间的指针。必须对用户空间的指针指向的数据进行验证。如果只做验证不做拷贝的话，那么在随后的运行中要随时受到其它进／线程可能修改用户空间数据的威胁。所以必须做拷贝。
在内存系列篇中已经反复的说过,每个用户进程都有自己独立的用户空间,但这个用户空间是通过MMU映射出来的,是表面上繁花似锦,背后都共用着真正的物理内存,所以在高频率的任务切换过程中,原有的用户空间地址内容很容易被覆盖掉.举个例子说明下:
- 用户A有个美女西施放在万聪酒店21号房说要献给内核大佬,如果内核不直接把美女接回家,而仅仅是做个记录,写着西施在万聪酒店21号房,内核大佬立马跑去过,还不会错能拿对人,但如果被其他事给耽搁了呢?
- 耽搁的这回功夫,调度算法把万聪酒店21号房给了用户B使用,当然用户B使用之前,酒店管理人员会把西施置换个地方(以至于用户A再回到酒店时,原来的东西该怎样还咋样还原). 等21号房空出来了,B肯定不知道原来的房间是A在用,而且里面曾经还过有个美女西施,更不可能晓得A把西施献给内核大佬这回事了.因为B的业务需要,很可能往21号房整了个东施进来.
- 此时如果内核大佬事忙完了,想起用户A献美女的事了,是时候了.因为只记录了地址,直接去万聪酒店21号房抓人,可这会抓出来那是咱东施小姐呀.这可不把事给搞砸啦.
- 所以需要跨空间拷贝,直接把美女接回家找个地方关起来先.
reset_vector_mp.S 和 reset_vector_up.S
鸿蒙开机代码根据 CPU多核还是单核分成了两个独立文件处理. mp就是多处理器(multiprocessing)的意思: 多CPU核的操作系统3种处理模式(SMP+AMP+BMP) 鸿蒙实现的是 SMP 的方式
-
非对称多处理（Asymmetric multiprocessing，AMP）每个CPU内核 运行一个独立的操作系统或同一操作系统的独立实例（instantiation）。
-
对称多处理（Symmetric multiprocessing，SMP）一个操作系统的实例 可以同时管理所有CPU内核，且应用并不绑定某一个内核。
-
混合多处理（Bound multiprocessing，BMP）一个操作系统的实例可以 同时管理所有CPU内核，但每个应用被锁定于某个指定的核心。
up(unit processing )的意思,单个CPU,虽然没mp的复杂,但文件也很大 500行汇编,一小节讲不完,需要单独的一篇专讲 reset_vector
这里只列出up情况下的开机代码
reset_vector: @鸿蒙单核cpu 开机代码
/* do some early cpu setup: i/d cache disable, mmu disabled */
mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0
bic r0, #(1<<12)
bic r0, #(1<<2 | 1<<0)
mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0
/* r11: delta of physical address and virtual address */
adr r11, pa_va_offset
ldr r0, [r11]
sub r11, r11, r0
/* if we need to relocate to proper location or not */
adr r4, __exception_handlers /* r4: base of load address */
ldr r5, =SYS_MEM_BASE /* r5: base of physical address */
subs r12, r4, r5 /* r12: delta of load address and physical address */
beq reloc_img_to_bottom_done /* if we load image at the bottom of physical address */
/* we need to relocate image at the bottom of physical address */
ldr r7, =__exception_handlers /* r7: base of linked address (or vm address) */
ldr r6, =__bss_start /* r6: end of linked address (or vm address) */
sub r6, r7 /* r6: delta of linked address (or vm address) */
add r6, r4 /* r6: end of load address */
los_dispatch.S 和 los_hw_exc.S
异常模式处理入口和统一分发现实,之前也有提到过,很复杂,1000多行,后续单独细说实现过程.
jmp.S
两个简单的函数longjmp setjmp 的实现,加注解部分请前往 鸿蒙内核源码注解分析 查看
FUNCTION(longjmp)
ldmfd r0,{r4-r12}
add r0,#(4 * 9)
ldr r13,[r0]
add r0,#4
ldr r14,[r0]
cmp r1,#0
moveq r1,#1
mov r0,r1
mov pc,lr
FUNCTION(setjmp)
stmea r0,{r4-r12}
add r0,#(4 * 9)
str r13,[r0]
add r0,#4
str r14,[r0]
mov r0,#0
mov pc,lr
los_hw_runstop.S
.global OsSRSaveRegister
.global OsSRRestoreRegister
两个函数的汇编现实,有点复杂,后续单独说明.
cache.S
这是缓存部分的两个函数实现,此处没有加注解,试着看明白这两个函数的实现.加注解部分请前往 鸿蒙内核源码注解分析 查看
.macro DCACHE_LINE_SIZE, reg, tmp
mrc p15, 0, \tmp, c0, c0, 1
lsr \tmp, \tmp, #16
and \tmp, \tmp, #0xf
mov \reg, #4
mov \reg, \reg, lsl \tmp
.endm
FUNCTION(arm_inv_cache_range)
push {r2, r3}
DCACHE_LINE_SIZE r2, r3
sub r3, r2, #1
tst r0, r3
bic r0, r0, r3
mcrne p15, 0, r0, c7, c14, 1
tst r1, r3
bic r1, r1, r3
mcrne p15, 0, r1, c7, c14, 1
1:
mcr p15, 0, r0, c7, c6, 1
add r0, r0, r2
cmp r0, r1
blo 1b
dsb
pop {r2, r3}
mov pc, lr
FUNCTION(arm_clean_cache_range)
push {r2, r3}
DCACHE_LINE_SIZE r2, r3
sub r3, r2, #1
bic r0, r0, r3
1:
mcr p15, 0, r0, c7, c10, 1
add r0, r0, r2
cmp r0, r1
blo 1b
dsb
pop {r2, r3}
mov pc, lr
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