在这里记录自己的嵌入式学习方向和成果，只做大方向的规划，目前学习规划如下：

• √ linux基础学习

• √ arm裸机开发（使用正点原子IMX6ULL的板子）

• √ linux的系统移植

• √ Linux核心驱动开发

• √ qt

• √ linuxc应用编程

• 【doing】linux内核源码分析（主要通过以下两本书并结合linux源码进行学习）：

  • linux内核设计与实现（在看）
  • 深入理解linux内核

从0分析RTT内核aarch64启动流程

分析前先看下面这个函数：

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.macro get_phy, reg, symbol
    adrp    \reg, \symbol
    add     \reg, \reg, #:lo12:\symbol
.endm

• adrp \reg, \symbol 计算symbol相较于pc寄存器的页基地址，可以看成：

  1	reg = (symbol & ~(0xFFF)) - (pc & ~(0xFFF)) + (pc & ~(0xFFF))

• 再通过add \reg, \reg, #:lo12:\symbol将symbol的低12位与reg相加存放回reg中

这么使用是为了解除直接使用ldr reg,=symbol的限制

step1

首先从内核的入口_start进行分析：

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/* Variable registers: x21~x28 */
dtb_paddr .req x21
boot_arg0 .req x22
boot_arg1 .req x23
boot_arg2 .req x24
stack_top .req x25


_start:
/*
 * Boot CPU general-purpose register settings:
 *   x0 = physical address of device tree blob (dtb) in system RAM.
 *   x1 = 0 (reserved for future use)
 *   x2 = 0 (reserved for future use)
 *   x3 = 0 (reserved for future use)
 */
    mov     dtb_paddr, x0
    mov     boot_arg0, x1
    mov     boot_arg1, x2
    mov     boot_arg2, x3

    /* Save cpu stack */
    get_phy stack_top, .boot_cpu_stack_top
    /* Save cpu id temp */
#ifdef ARCH_USING_HW_THREAD_SELF
    msr     tpidrro_el0, xzr
    /* Save thread self */
#endif /* ARCH_USING_HW_THREAD_SELF */
    msr     tpidr_el1, xzr

    bl      init_cpu_el
    bl      init_kernel_bss
    bl      init_cpu_stack_early

#ifdef RT_USING_OFW
    /* Save devicetree info */
    mov     x0, dtb_paddr
    bl      rt_hw_fdt_install_early
#endif

    /* Now we are in the end of boot cpu process */
    ldr     x8, =rtthread_startup
    b       init_mmu_early

• 首先通过mov dtb_paddr, x0将设备树的物理地址从x0中取出（由uboot放入x0中）放入dtb_paddr中，由dtb_paddr .req x21可知dtb_paddr 是寄存器x21的别名，同理，x1-x3中的值会被放入x23-x24中。
• 再通过get_phy stack_top, .boot_cpu_stack_top将CPU得栈顶地址保存在X25中
• 再将tpidr_el1&&tpidrro_el0清0
• 执行cpu的一些初始化，如init_cpu_el是对el3的一下初始化，init_kernel_bss将bss段清0，init_cpu_stack_early初始化CPU栈
• 通过mov x0, dtb_paddr将设备树的物理地址放入x0寄存器
• 在rt_hw_fdt_install_early将设备树的地址，size信息存放在全局变量中
• 将rtthread_startup的地址存入x8寄存器中后跳转到init_mmu_early

step2

我们进入init_mmu_early中查看：

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init_mmu_early:
    get_phy x0, .early_page_array
    bl      set_free_page

    get_phy x0, .early_tbl0_page
    get_phy x1, .early_tbl1_page

    get_pvoff x2 x3
    ldr     x2, =ARCH_EARLY_MAP_SIZE    /* Map 1G memory for kernel space */
    bl      rt_hw_mem_setup_early

    b       enable_mmu_early

1. 首先获得了early_page_array的物理地址，通过源码可知，early_page_array是预留出来的一片24*4096的地址空间：

   1 2	.early_page_array: .space 24 * ARCH_PAGE_SIZE

   再通过 bl set_free_page将这个地址存入全局变量__init_page_array中：

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   void set_free_page(void *page_array) { __init_page_array = page_array; }

2. 将early_tbl0_page early_tbl1_page存入x0,x1寄存器中。early_tbl0_page early_tbl1_page描述如下：

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   .early_tbl0_page: .space ARCH_PAGE_SIZE .early_tbl1_page: /* Map 4G -> 2M * 512 entries */ .space 4 * ARCH_PAGE_SIZE

3. 再通过get_pvoff x2 x3计算物理地址与虚拟地址的差值并存入x3寄存器：

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   .macro get_pvoff, tmp, out ldr \tmp, =.boot_cpu_stack_top get_phy \out, .boot_cpu_stack_top sub \out, \out, \tmp .endm

   该函数先将符号boot_cpu_stack_top的地址（在链接阶段已经确定是虚拟地址）存入tmp寄存器，再将boot_cpu_stack_top的物理地址存入out寄存器，最后相减存回out寄存器

4. 将ARCH_EARLY_MAP_SIZE的值存入x2寄存器

5. 跳转到rt_hw_mem_setup_early函数,此时x0-3寄存去的值分别为：

   • early_tbl0_page
   • early_tbl1_page
   • ARCH_EARLY_MAP_SIZE
   • pvoff

   将early_tbl0_page和early_tbl1_page映射为2M的页表,分别用于内核态和用户态，而early_tbl0_page和early_tbl0_page分别为内核态和用户态l0页表的首地址

6. 再跳转到enable_mmu_early函数中

step3

enable_mmu_early:

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enable_mmu_early:
    get_phy x0, .early_tbl0_page
    get_phy x1, .early_tbl1_page

    msr     ttbr0_el1, x0
    msr     ttbr1_el1, x1
    dsb     sy

    bl      mmu_tcr_init

    /*
     * OK, now, we don't use sp before jump to kernel, set sp to current cpu's
     * stack top to visual address
     */
    get_pvoff x1 x0
    mov     x1, stack_top
    sub     x1, x1, x0
    mov     sp, x1

    ldr     x30, =kernel_start      /* Set LR to kernel_start function, it's virtual addresses */

    /* Enable page table translation */
    mrs     x1, sctlr_el1
    orr     x1, x1, #(1 << 12)      /* Stage 1 instruction access Cacheability control */
    orr     x1, x1, #(1 << 2)       /* Cacheable Normal memory in stage1 */
    orr     x1, x1, #(1 << 0)       /* MMU Enable */
    msr     sctlr_el1, x1

    dsb     ish
    isb

    ic      ialluis     /* Invalidate all instruction caches in Inner Shareable domain to Point of Unification */
    dsb     ish
    isb

    tlbi    vmalle1     /* Invalidate all stage 1 translations used at EL1 with the current VMID */
    dsb     ish
    isb

    ret

1. 再获得刚刚分配的页表的首地址给x0与x1并将地址存放在ttbr0_el1和ttbr1_el1中
2. 设置内存屏障
3. 跳转到mmu_tcr_init函数
4. 获取pv_off到x0中并将sp设置为cpu栈顶指针的虚拟地址
5. 将x30寄存器设置为kernel_start的地址
6. 设置sctlr_el1寄存器，启动mmu和缓存，并失效前面的所有缓存
7. 返回

返回后由于x30寄存器中存放的是kernel_start地址所以会跳转到kernel_start中执行

step4

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kernel_start:
    /* jump to the PE's system entry */
    mov     x29, xzr
    mov     x30, x8
    br      x8

1. 将x29寄存器清0，再跳转到x8中执行。x8寄存器在step1中ldr x8, =rtthread_startup被存放了rtthread_startup的地址，所以会跳转到rtthread_startup中执行,接下来就是c的代码的阅读啦~

lwip

lwip协议栈内存管理

pbuf 结构体：

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struct pbuf {
  /** next pbuf in singly linked pbuf chain */
  struct pbuf *next;

  /** pointer to the actual data in the buffer */
  void *payload;

  /**
   * total length of this buffer and all next buffers in chain
   * belonging to the same packet.
   *
   * For non-queue packet chains this is the invariant:
   * p->tot_len == p->len + (p->next? p->next->tot_len: 0)
   */
  u16_t tot_len;

  /** length of this buffer */
  u16_t len;

  /** pbuf_type as u8_t instead of enum to save space */
  u8_t /*pbuf_type*/ type;

  /** misc flags */
  u8_t flags;

  /**
   * the reference count always equals the number of pointers
   * that refer to this pbuf. This can be pointers from an application,
   * the stack itself, or pbuf->next pointers from a chain.
   */
  u16_t ref;
};

• next:链表
• payload： 存放网络数据包的
• len：可变空间大小
• tot_len：整个链表下一个节点之后的总长度大小
• type：4种pbuf类型
• ref：引用标志

AARCH64学习

参考

armv8基础知识

armv8中，执行发生在4个异常级别之一，在aarch64中，异常级别决定了特权级别，类似于armv7中定义的特权级别，异常级别决定特权级别，因此在Eln执行对于特权Pln。类似地，具有比另一个更大的n值的异常级别处于更高的异常级别，一个数字比另一个小的异常级别被描述为处于较低的异常级别。

• EL0 ：normal user app
• EL1：Operation system kernel typically described as privileged
• EL2：Hypervisor
• EL3：Low-level firmware，including the Secure Monitor

arm架构学习

工作模式

• User ：用户模式，一般在执行上层应用程序的时候处于该模式（和linux用户态和内核态无关）

• Fiq 快速中断模式

• IRQ：中断模式

• SVC：当复位或执行软中断指令后arm进入这种模式（例如刚上电或者软中断执行的时候处于该模式）

• Abort： 当产生存取异常时进入这种模式

• Undef： 当执行未定义的指令时ARM将进入这种模式

• System： 使用和User模式相同的寄存器集的特权模式

• Monitor：为了安全而拓展出的用于执行安全监控代码的模式

Linux驱动开发和裸机开发的区别**

1. 裸机开发：
   1. 底层，和寄存器打交道，有些MCU提供库
2. 驱动开发思维：
   1. 直接操纵寄存器不太现实
   2. 根据Linux下的各种驱动框架进行开发，一定要满足框架，也就是Linux各种驱动框架的掌握
   3. 驱动最终表现就是/dev/xxx文件。打开，关闭，读写。。。
   4. 现在新的内核支持设备树，这是一个.dts文件，此文件描述了板子的设备信息
3. Linux驱动开发分类：
   1. 字符设备驱动：最多的
   2. 块设备驱动：存储
   3. 网络设备驱动
      ==一个设备不一定只属于摸某一个类型==

系统移植

• Windows下使用OTG烧写系统
  1. 在Windows使用NXP提供的mfgtool来向开发板烧写系统，需要用先将开发板的USB_OTG链接到电脑上
  2. mfgtool工具是向板子先下载一个linux系统，然后通过系统完成烧写工作
• Ubuntu下通过脚本烧写系统
  1. 首先向SD卡烧写一个系统，然后使用SD卡启动，启动以后在Linux中执行烧写到EMMC或NAND中

Uboot

Uboot是一个裸机程序，比较复杂，就是一个bootloader。作用就是用于启动Linux或其他系统，Uboot最主要的工作就是初始化DDR（Linux的运行是运行在DDR里面的），一般linux镜像zimage（uimage）+设备树（.dtb）存放在SD，EMMC,NAND,SPI FLASH等等外置存储区域。

ARM裸机

汇编LED驱动实验

汇编LED原理分析

1. ALPHA开发板LED灯硬件原理分析
   stm32初始化流程：
   1. 使能GPIO时钟
   2. 设置IO复用，将其复用为GPIO
   3. 配置GPIO 的电器属性
   4. 使用GPIO输出高低电频

I.MAX6ULL IO初始化流程

1. 使能时钟 CCGR0-CCGRU这7个寄存器控制着6ULL所有时钟的使能，为了简单，设置CCGR0-CCGR6这7个寄存器全部设置为0XFFFFFFF,相当于使能所有外设时钟
2. IO复用，将寄存器IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03的比特设置为0101=5，这样GPIO1_IO03就复用为GPIO 。
3. 寄存器IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO03 是设置GPIO1_IO03的电气属性，包括压摆率。速度，驱动能力，开漏，上下拉
4. 配置GPIO功能，设置输入输出，设置GPIO1_GDIR寄存器bit3为1，也就是设置为输出模式，设置GPIO1_DR寄存器的bits3，为1表示输出高电平，为0表示输出低电平

ubuntu终端操作与shell命令

1. 目录信息查看命令 ls

   • ls -a显示目录所有文件及文件夹，包括隐藏文件，比如以.开头的

2. 目录切换命令 cd

3. 当前路径显示命令 pwd

4. 系统信息查看命令 uname

   • uname -a查看全部信息

5. 清除屏幕命令 clear

6. 显示文件命令 cat

7. 临时切换用户身份 sudo

8. 切换用户命令 sudo su [用户名]

9. 文件拷贝命令 cp

ARMv8(aarch64)页表建立过程详细分析_aarch64 页表-CSDN博客

【原创】（一）ARMv8 MMU及Linux页表映射 - LoyenWang - 博客园

arm页表

ARMv8架构可以支持48位虚拟地址，并配置成4级页表（4K页），或者3级页表（64K页）。而本Linux系统只使用39位虚拟地址（512G内核，512G用户），配置成3级页表（4K页）或者2级页表（64K页）

用户空间的地址63:39位都置零，内核空间地址63:39都置一，虚拟地址的第63位可以用来选择TTBRx

AArch64Linux内存布局：