Mips kernel Introduction

1.硬件知识

 * CPU 手册: http://www.mips.com等.

 * 主板资料,找你的卖家.

 * 背景知识:如PCI协议,中断概念等.

2.软件资源

 * http://oss.sgi.com/linux,ftp://oss.sgi.com

 * http://www.mips.com

 * mailing lists: 

    linux-mips@oss.sgi.com

    debian-mips@oss.sgi.com

 * kernel cvs

   sgi:

     cvs -d :pserver:cvs@oss.sgi.com:/cvs login 

    (Only needed the first time you use anonymous CVS, the password is "cvs") 

     cvs -d :pserver:cvs@oss.sgi.com:/cvs co linux

   另外sourceforge.net也有另一个内核树，似乎不如sgi的版本有影响.

 * 经典书籍: 

      * "Mips R4000 Microprocessor User's Manual",by Joe Heinrich

      * "See Mips Run",by Dominic Sweetman

 * Jun Sun's mips porting guide: http://linux.junsun.net/porting-howto/

 * 交叉编译指南:http://www.ltc.com/~brad/mips/mips-cross-toolchain.html

 * Debian Mips port: http://www.debian.org/ports/mips

 * 系统杂志网站: http://www.xtrj.org

3. mips kernel的一般介绍

  (下面一些具体代码基于2.4.8的内核)

   我们来跟随内核启动运行的过程看看mips内核有什么特别之处.

   加电后,mips kernel从系统固件程序(类似bios,可能烧在eprom,flash中)得到控制

   之后(head.S),初始化内核栈,调用init_arch初始化硬件平台相关的代码.

   init_arch(setup.c)首先监测使用的CPU(通过MIPS CPU的CP0控制寄存器PRID)

  确定使用的指令集和一些CPU参数,如TLB大小等.然后调用prom_init做一些底层

  参数初始化. prom_init是和具体的硬件相关的.

   使用MIPS CPU的平台多如牛毛, 所以大家在arch/mips下面可以看到很多的子目录,

   每个子目录是一个或者一系列相似的平台.这里的平台差不多可以理解成一块主板

   加上它的系统固件,其中很多还包括一些专用的显卡什么的硬件(比如一些工作站).

   这些目录的主要任务是:

     1. 提供底层板子上的一些重要信息,包括系统固件传递的参数,io的映射基地址

       ,内存的大小的分布等.多数还包括提供早期的信息输入输出接口(通常是一个

       简单的串口驱动)以方便调试,因为pmon往往不提供键盘和显示卡的支持.?

     2. 底层中断代码,包括中断控制器编程和中断的分派,应答等

     3. pci子系统底层代码. 实现pci配置空间的读写,以及pci设备的中断,IO/Mem

        空间的分配

     4. 其它,特定的硬件.常见的有实时时钟等

   这里关键是要理解这些硬件平台和熟悉的x86不同之处.我印象较深的有几个:

      * item MIPS不象X86有很标准的硬件软件接口,而是五花八门,每个厂家

        有一套,因为它们很多是嵌入式系统或者专门的工作站.不象PC中,有了

        BIOS后用同一套的程序,就可以使用很多不同的主板和CPU.

          MIPS中的'bios'常用的有pmon和yamon,都是开放源代码的软件。

        很多开发板带的固件功能和PC BIOS很不一样,它们多数支持串口显示,

        或者网络下载和启动,以及类DEBUG的调试界面,但可能根本不支持显卡和

        硬盘,没有一般的基本'输入输出'功能.

      * PCI系统和地址空间,总线等问题.

          在x86中,IO空间用专门的指令访问,而PCI设备的内存空间和物理内存

        空间是相同的,也就是说,在CPU看来物理内存从地址0开始的话,在PCI设备

        看来也是一样的.反之,PCI设备的基地址寄存器设定的PCI存储地址,CPU用

        相同的物理地址访问就行了.

          而在MIPS中就很不一样了,IO一般是memory map的,map到哪里就倚赖具体

        平台了.而PCI设备的地址空间和CPU所见的物理内存地址空间往往也不一样

        (bus address & physical address).所以mips kernel的iob/outb,以及

        bus_to_virt/virt_to_bus,phys_to_virt/virt_to_phys,ioremap等就

        要小心考虑.这些问题有时间我会对这些问题做专门的说明.

        PCI配置空间的读写和地址空间映射的处理通常都是每个平台不一样的.

        因为缺乏统一接口的BIOS,内核经常要自己做PCI设备的枚举,空间分配,

        中断分配.

      * 中断系统.

         PC中中断控制器先是有8259,后来是apic,而cpu的中断处理386之后好像

         也变化不大,相对统一.

         mips CPU的中断处理方式倒是比较一致,但是主板上的控制器就乱七八糟了

         怎么鉴别中断源,怎么编程控制器等任务就得各自实现了.

         总的说来,MIPS CPU的中断处理方式体现了RISC的特点:软件做事多,硬件尽量

         精简. 编程控制器,提供中断控制接口,dispatch中系?这一部分原来很混乱,

         大家各写各的,现在有人试图写一些比较统一的代码(实际上就是原来x86上

         用的controller/handler 抽象).

      * 存储管理.

         MIPS 是典型的RISC结构,它的存储管理单元做的事情比象x86这种机器少得多.

         例如,它的tlb是软件管理的,cache常常是需要系统程序干预的.而且,过多的

         CPU和主板变种使得这一部分非常复杂,容易出错.存储管理的代码主要在include/

         asm-mips和arch/mips/mm/目录下.

      * 其它.

          如时间处理,r4k以上的MIPS CPU提供count/compare寄存器,每隔几拍count增加,          到和compare相等时发生时钟中断,这可以用来提供系统的时钟中断.但很多板子

          自己也提供其它的可编程时钟源.具体用什么就取决于开发者了.

    init_arch后是loadmmu,初始化cache/tlb.代码在arch/mips/mm里.有人可能会问,

    在cache和tlb之前CPU怎么工作的?

      在x86里有实模式,而MIPS没有,但它的地址空间是特殊的,分成几个不同的区域,

      每个区域中的地址在CPU里的待遇是不一样的,系统刚上电时CPU从地址bfc00000

      开始,那里的地址既不用tlb<span lang=ZH-CN style='font-family:SimSun;

mso-ascii-font-family:"Courier New";mso-hansi-font-fa