[커널분석] static void __init setup_machine_fdt(phys_addr_t dt_phys)

fdt를 최초 셋업하는 함수입니다. 함수 인자로 phys_addr_t 자료형의 dt_phys를 전달받는다. 전달받은 주소를 이용해 부팅과정 중 먼저 필요한 항목에 대해 설정해준다.

185 static void __init setup_machine_fdt(phys_addr_t dt_phys)
186 {
187     void *dt_virt = fixmap_remap_fdt(dt_phys);
188     const char *name;
189
190     if (!dt_virt || !early_init_dt_scan(dt_virt)) {
191         pr_crit("\n"
192             "Error: invalid device tree blob at physical address %pa (virtual address 0x%p)\n"
193             "The dtb must be 8-byte aligned and must not exceed 2 MB in size\n"
194             "\nPlease check your bootloader.",
195             &dt_phys, dt_virt);
196
197         while (true)
198             cpu_relax();
199     }
200
201     name = of_flat_dt_get_machine_name();
202     if (!name)
203         return;
204
205     pr_info("Machine model: %s\n", name);
206     dump_stack_set_arch_desc("%s (DT)", name);
207 }

line 187 :

dt_phys 주소를 가상메모리 영역에 remap 해주기 위해 fixmap_remap_fdt()를 사용하여 가상 메모리 주소를 구한다. 함수 내에서 __fixmap_remap_fdt()함수를 호출하여 가상메모리 주소를 구한다. 

line 201 : 

fixmap 영역에 dt가 mapping이 완료됨에 따라 of_flat_dt_get_machine_name()으로 name을 구한다.

위 과정을 통해 부팅과정 중 초기에 필요한 dt 정보를 fixmap 영역에 mapping하여 사용한다.

---

line 187에서 remap을 위한 가상 메모리 주소를 어떻게 remap하여 구하는지 알아보자.

 [arch/arm64/mm/mmu.c - fixmap_remap_fdt()]
 
 
 935 void *__init fixmap_remap_fdt(phys_addr_t dt_phys)
 936 {
 937     void *dt_virt;
 938     int size;
 939
 940     dt_virt = __fixmap_remap_fdt(dt_phys, &size, PAGE_KERNEL_RO);
 941     if (!dt_virt)
 942         return NULL;
 943
 944     memblock_reserve(dt_phys, size);
 945     return dt_virt;
 946 }

__fixmap_remap_fdt() 함수에서 __fix_to_vir(FIX_FDT)를 이용해 dt를 로딩할 block의 Base Address를 구한다. FIX_FDT는 FDT 형태의 디바이스 트리를 먼저 사용하기 위한 매핑이다. line 914. 에서 dt_virt_base에서 offset을 더하여 dt_virt를 계산하게 되는데 offset은 dtb 사이즈가 Swapper block에 대해 맞춰주기 위해 계산되어진 값이다.

[arch/arm64/mm/mmu.c - __fixmap_remap_fdt]
 
 
 878 void *__init __fixmap_remap_fdt(phys_addr_t dt_phys, int *size, pgprot_t prot)
 879 {
 881     const u64 dt_virt_base = __fix_to_virt(FIX_FDT);
 882     int offset;
 883     void *dt_virt;
 884
...
 892     BUILD_BUG_ON(MIN_FDT_ALIGN < 8);
 893     if (!dt_phys || dt_phys % MIN_FDT_ALIGN)
 894         return NULL;
 895
...
 906     BUILD_BUG_ON(dt_virt_base % SZ_2M);
 907
 908     BUILD_BUG_ON(__fix_to_virt(FIX_FDT_END) >> SWAPPER_TABLE_SHIFT !=
 909              __fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN) >> SWAPPER_TABLE_SHIFT);
 910
 912     offset = dt_phys % SWAPPER_BLOCK_SIZE;
 914     dt_virt = (void *)dt_virt_base + offset;
 916     /* map the first chunk so we can read the size from the header */
 917     create_mapping_noalloc(round_down(dt_phys, SWAPPER_BLOCK_SIZE),
 918             dt_virt_base, SWAPPER_BLOCK_SIZE, prot);
 919
 920     if (fdt_magic(dt_virt) != FDT_MAGIC)
 921         return NULL;
 922
 923     *size = fdt_totalsize(dt_virt);
 924     if (*size > MAX_FDT_SIZE)
 925         return NULL;
 928     if (offset + *size > SWAPPER_BLOCK_SIZE)
 929         create_mapping_noalloc(round_down(dt_phys, SWAPPER_BLOCK_SIZE), dt_virt_base,
 930                    round_up(offset + *size, SWAPPER_BLOCK_SIZE), prot);
 931
 932     return dt_virt;
 933 }

dt의 base address를 구했다면 그 주소에 맞게 mapping을 시켜준다. 

line 917 ~ 921 :

dt의 사이즈는 모르는 상태에서 SWAPPER_BLOCK_SIZE만큼 선 매핑을 진행한다. 그 이후 정확히 dt 가 맞는 fdt_magic으로 확인해 준다. 그 이후 dt 가 맞다면 전체 mapping을 시작한다.

 

line 923 : 

dt의 header는 앞서 매핑하였기에 header에 정의된 전체 dt의 사이즈를 구한다. 전체 사이즈를 이용해 전체 mapping을 시작한다. fdt의 header는 아래와 같이 fdt_header 구조체로 정의되어 있다.

 57 struct fdt_header {
 58     fdt32_t magic;           /* magic word FDT_MAGIC */
 59     fdt32_t totalsize;       /* total size of DT block */
 60     fdt32_t off_dt_struct;       /* offset to structure */
 61     fdt32_t off_dt_strings;      /* offset to strings */
 62     fdt32_t off_mem_rsvmap;      /* offset to memory reserve map */
 63     fdt32_t version;         /* format version */
 64     fdt32_t last_comp_version;   /* last compatible version */
 65
 66     /* version 2 fields below */
 67     fdt32_t boot_cpuid_phys;     /* Which physical CPU id we're
 68                         booting on */
 69     /* version 3 fields below */
 70     fdt32_t size_dt_strings;     /* size of the strings block */
 71
 72     /* version 17 fields below */
 73     fdt32_t size_dt_struct;      /* size of the structure block */
 74 };

line 928 ~ 930 :

 928     if (offset + *size > SWAPPER_BLOCK_SIZE)

 929         create_mapping_noalloc(round_down(dt_phys, SWAPPER_BLOCK_SIZE), dt_virt_base,

 930                    round_up(offset + *size, SWAPPER_BLOCK_SIZE), prot);

offset + 전체 dt 사이즈가 SWAPPER_BLOCK_SIZE를 넘어서게 되면 그 뒤 메모리를 다음 SWAPPER_BLOCK_SIZE 영역에 매핑한다.

---

setup_machine_fdt() 

    -> line 190 : [early_init_dt_scan]

early_ini_dt_scan() 함수는 early dt를 검증하고 node를 스캔하기 위한 함수이다.

1239 bool __init early_init_dt_scan(void *params)
1240 {
1241     bool status;
1242
1243     status = early_init_dt_verify(params);
1244     if (!status)
1245         return false;
1246
1247     early_init_dt_scan_nodes();
1248     return true;
1249 }

line 1243 : early_init_dt_verify

내부에서 전달된 dt params의 유효성을 검증한다. fdt_magic(), fdt_version() 등을 이용해 fdt_header에 선언된 인자가 알맞은 값인지 검증하는 로직을 수행한다.

line 1247 : early_init_dt_scan_nodes()

of_scan_flat_dt()를 이용해 dt를 스캔한다. 여기서는 ealry에 필요한 내역만 scan을 진행한다. of_scan_flat_dt() 함수에서 ealry 에 필요한 dt 노드를 스캔한다.

 

1226 void __init early_init_dt_scan_nodes(void)
1227 {
1229     /* Retrieve various information from the /chosen node */
1230     of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_chosen, boot_command_line);
1231
1232     /* Initialize {size,address}-cells info */
1233     of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_root, NULL);
1234
1235     /* Setup memory, calling early_init_dt_add_memory_arch */
1236     of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_memory, NULL);
1237 }

스캔을 위한 콜백함수는 early_init_dt_scan_chosen() / ealry_init_dt_scan_root() / early_init_dt_scan_memory() 이렇게 3개의 함수이다.

하나씩 살펴보도록 하자.

setup_machine_fdt() 

    -> line 190 : [early_init_dt_scan]

-> early_init_dt_scan_chosen()

이 함수는 chosen 노드에서 정보를 검색하기 위한 용도로 사용된다. 

1079 int __init early_init_dt_scan_chosen(unsigned long node, const char *uname,
1080                      int depth, void *data)
1081 {
1082     int l;
1083     const char *p;
1084
1085     pr_debug("search \"chosen\", depth: %d, uname: %s\n", depth, uname);
1086
1087     if (depth != 1 || !data ||
1088         (strcmp(uname, "chosen") != 0 && strcmp(uname, "chosen@0") != 0))
1089         return 0;
1090
1091     early_init_dt_check_for_initrd(node);
1092
1093     /* Retrieve command line */
1094     p = of_get_flat_dt_prop(node, "bootargs", &l);
1095     if (p != NULL && l > 0)
1096         strlcpy(data, p, min((int)l, COMMAND_LINE_SIZE));
1097
1098     /*
1099      * CONFIG_CMDLINE is meant to be a default in case nothing else
1100      * managed to set the command line, unless CONFIG_CMDLINE_FORCE
1101      * is set in which case we override whatever was found earlier.
1102      */
1103 #ifdef CONFIG_CMDLINE
1104 #if defined(CONFIG_CMDLINE_EXTEND)
1105     strlcat(data, " ", COMMAND_LINE_SIZE);
1106     strlcat(data, CONFIG_CMDLINE, COMMAND_LINE_SIZE);
1107 #elif defined(CONFIG_CMDLINE_FORCE)
1108     strlcpy(data, CONFIG_CMDLINE, COMMAND_LINE_SIZE);
1109 #else
1110     /* No arguments from boot loader, use kernel's  cmdl*/
1111     if (!((char *)data)[0])
1112         strlcpy(data, CONFIG_CMDLINE, COMMAND_LINE_SIZE);
1113 #endif
1114 #endif /* CONFIG_CMDLINE */
1115
1116     pr_debug("Command line is: %s\n", (char*)data);
1117
1118     /* break now */
1119     return 1;
1120 }

line 1087 ~ 1089 :이 함수는 of_scan_flat_dt() 내부에서 iterator로 호출되면서 dt node의 이름이 전달된다. 이때 이름으로 chosen 노드인지 확인하기 위한 조건문이다.

line 1091 : early_init_dt_check_for_initrd()

initrd_start, initrd_end를 설정해 주기 위한 함수이다. initrd는 램디스크로 초기 루트 파일시스템으로 사용하기 위한 용도이다.

line 1094 : of_get_flat_dt_prop()

chosen 노드에서 bootargs 속성을 찾아 전역변수 boot_command_line에 저장한다.

setup_machine_fdt() 

    -> line 190 : [early_init_dt_scan]

-> early_init_dt_scan_root()

top level address와 size cells를 가져오기 위한 함수이다.

cell은 dt에서 사용하는 사이즈 단위이다. dt_root_size_cells 와 dt_root_addr_cells를 설정해 준다. 설정해주기 위해 dt에서 #size-cells와 #address-cells 속성을 가져와 설정해준다.

986 /**  987  * early_init_dt_scan_root - fetch the top level address and size cells  988  */  989 int __init early_init_dt_scan_root(unsigned long node, const char *uname,  990                    int depth, void *data)  991 {  992     const __be32 *prop;  993  994     if (depth != 0)  995         return 0;  996  997     dt_root_size_cells = OF_ROOT_NODE_SIZE_CELLS_DEFAULT;  998     dt_root_addr_cells = OF_ROOT_NODE_ADDR_CELLS_DEFAULT;  999 1000     prop = of_get_flat_dt_prop(node, "#size-cells", NULL); 1001     if (prop) 1002         dt_root_size_cells = be32_to_cpup(prop); 1003     pr_debug("dt_root_size_cells = %x\n", dt_root_size_cells); 1004 1005     prop = of_get_flat_dt_prop(node, "#address-cells", NULL); 1006     if (prop) 1007         dt_root_addr_cells = be32_to_cpup(prop); 1008     pr_debug("dt_root_addr_cells = %x\n", dt_root_addr_cells); 1009 1010     /* break now */ 1011     return 1; 1012 } Colored by Color Scripter

cs

setup_machine_fdt() 

    -> line 190 : [early_init_dt_scan]

-> early_init_dt_scan_memory()

메모리 memblock에 메모리를 등록해주기 위한 함수입니다. 메모리 노드를 찾아 분석을 하게됩니다. 

1025 int __init early_init_dt_scan_memory(unsigned long node, const char *uname,
1026                      int depth, void *data)
1027 {
1028     const char *type = of_get_flat_dt_prop(node, "device_type", NULL);
1029     const __be32 *reg, *endp;
1030     int l;
1031     bool hotpluggable;
1032
1033     /* We are scanning "memory" nodes only */
1034     if (type == NULL) {
1035         /*
1036          * The longtrail doesn't have a device_type on the
1037          * /memory node, so look for the node called /memory@0.
1038          */
1039         if (!IS_ENABLED(CONFIG_PPC32) || depth != 1 || strcmp(uname, "memory@0") != 0)
1040             return 0;
1041     } else if (strcmp(type, "memory") != 0)
1042         return 0;
1043
1044     reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,usable-memory", &l);
1045     if (reg == NULL)
1046         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "reg", &l);
1047     if (reg == NULL)
1048         return 0;
1049
1050     endp = reg + (l / sizeof(__be32));
1051     hotpluggable = of_get_flat_dt_prop(node, "hotpluggable", NULL);
1052
1053     pr_debug("memory scan node %s, reg size %d,\n", uname, l);
1054
1055     while ((endp - reg) >= (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)) {
1056         u64 base, size;
1057
1058         base = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
1059         size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
1060
1061         if (size == 0)
1062             continue;
1063         pr_debug(" - %llx ,  %llx\n", (unsigned long long)base,
1064             (unsigned long long)size);
1065
1066         early_init_dt_add_memory_arch(base, size);
1067
1068         if (!hotpluggable)
1069             continue;
1070
1071         if (early_init_dt_mark_hotplug_memory_arch(base, size))
1072             pr_warn("failed to mark hotplug range 0x%llx - 0x%llx\n",
1073                 base, base + size);
1074     }
1075
1076     return 0;
1077 }

line 1028 : 

탐색하는 device tree node로 부터 "device_type" 속성을 가져온다.

line 1034 ~ 1042 :

탐색하려는 device tree node가 device_type이 null인지 아니면 memory인지 확인한다. 이 함수의 목적이 memory를 스캔하기 위함이기에 node 자체가 memory가 아니라면 스캔을 계속 진행할 이유가 없다.

line 1055 ~ 1074:

dt_mem_next_cell() 함수로 순차적으로 dt_root_addr_cells와 dt_root_size_cells를 이용해 base와 size를 구하게 된다. 그 후 base와 size의 값을 early_init_dt_add_memory_arch()에 전달하여 메모리 블럭을 추가해 준다.