powerpc e500系列，linux初始化的tlb汇编，添加人肉代码注释

powerpc e500的内核启动，关于tlb的初始化可以说是重头戏。看懂这段代码后，powerpc的虚实映射基本不在话下。

这段初始化tlb要考虑的，主要是将boot可能初始化过的tlb全清零，然后自己建立一套PAGE_OFFSET的虚实映射，即为0xc打头的地址

建立映射。

inux kernel 3.10.7将这段初始化代码，全部放到fsl_booke_entry_mapping.S里，这段代码除了linux初始化会用，

也被kexec使用。下面先直接贴出代码，之后分析核心流程。

/* 1. Find the index of the entry we're executing in */
	bl	invstr				/* Find our address */
invstr:	mflr	r6				/* Make it accessible */
	mfmsr	r7
	rlwinm	r4,r7,27,31,31			/* extract MSR[IS] */
	mfspr	r7, SPRN_PID0
	slwi	r7,r7,16
	or	r7,r7,r4
	mtspr	SPRN_MAS6,r7
	tlbsx	0,r6				/* search MSR[IS], SPID=PID0 */
	mfspr	r7,SPRN_MAS1
	andis.	r7,r7,MAS1_VALID@h
	bne	match_TLB

	mfspr	r7,SPRN_MMUCFG
	rlwinm	r7,r7,21,28,31			/* extract MMUCFG[NPIDS] */
	cmpwi	r7,3
	bne	match_TLB			/* skip if NPIDS != 3 */

	mfspr	r7,SPRN_PID1
	slwi	r7,r7,16
	or	r7,r7,r4
	mtspr	SPRN_MAS6,r7
	tlbsx	0,r6				/* search MSR[IS], SPID=PID1 */
	mfspr	r7,SPRN_MAS1
	andis.	r7,r7,MAS1_VALID@h
	bne	match_TLB
	mfspr	r7, SPRN_PID2
	slwi	r7,r7,16
	or	r7,r7,r4
	mtspr	SPRN_MAS6,r7
	tlbsx	0,r6				/* Fall through, we had to match */

match_TLB:
	mfspr	r7,SPRN_MAS0
	rlwinm	r3,r7,16,20,31			/* Extract MAS0(Entry) */ 

	mfspr	r7,SPRN_MAS1			/* Insure IPROT set */
	oris	r7,r7,MAS1_IPROT@h
	mtspr	SPRN_MAS1,r7
	tlbwe

/* 2. Invalidate all entries except the entry we're executing in */
	mfspr	r9,SPRN_TLB1CFG
	andi.	r9,r9,0xfff  //r9 = tlb number
	li	r6,0				/* Set Entry counter to 0 */
1:	lis	r7,0x1000			/* Set MAS0(TLBSEL) = 1 */
	rlwimi	r7,r6,16,4,15			/* Setup MAS0 = TLBSEL | ESEL(r6) */
	mtspr	SPRN_MAS0,r7
	tlbre
	mfspr	r7,SPRN_MAS1
	rlwinm	r7,r7,0,2,31			/* Clear MAS1 Valid and IPROT */
	cmpw	r3,r6
	beq	skpinv				/* Dont update the current execution TLB */
	mtspr	SPRN_MAS1,r7
	tlbwe
	isync
skpinv:	addi	r6,r6,1				/* Increment */
	cmpw	r6,r9				/* Are we done? */
	bne	1b				/* If not, repeat */

	/* Invalidate TLB0 */
	li	r6,0x04
	tlbivax 0,r6
	TLBSYNC
	/* Invalidate TLB1 */
	li	r6,0x0c
	tlbivax 0,r6
	TLBSYNC

/* 3. Setup a temp mapping and jump to it */
	andi.	r5, r3, 0x1	/* Find an entry not used and is non-zero */
	addi	r5, r5, 0x1
	lis	r7,0x1000	/* Set MAS0(TLBSEL) = 1 */
	rlwimi	r7,r3,16,4,15	/* Setup MAS0 = TLBSEL | ESEL(r3) */
	mtspr	SPRN_MAS0,r7
	tlbre

	/* grab and fixup the RPN */
	mfspr	r6,SPRN_MAS1	/* extract MAS1[SIZE] */
	rlwinm	r6,r6,25,27,31
	li	r8,-1
	addi	r6,r6,10
	slw	r6,r8,r6	/* convert to mask */ 

	bl	1f		/* Find our address */
1:	mflr	r7

	mfspr	r8,SPRN_MAS3
#ifdef CONFIG_PHYS_64BIT
	mfspr	r23,SPRN_MAS7
#endif
	and	r8,r6,r8
	subfic	r9,r6,-4096
	and	r9,r9,r7

	or	r25,r8,r9
	ori	r8,r25,(MAS3_SX|MAS3_SW|MAS3_SR)

	/* Just modify the entry ID and EPN for the temp mapping */
	lis	r7,0x1000	/* Set MAS0(TLBSEL) = 1 */
	rlwimi	r7,r5,16,4,15	/* Setup MAS0 = TLBSEL | ESEL(r5) */
	mtspr	SPRN_MAS0,r7
	xori	r6,r4,1		/* Setup TMP mapping in the other Address space */
	slwi	r6,r6,12
	oris	r6,r6,(MAS1_VALID|MAS1_IPROT)@h
	ori	r6,r6,(MAS1_TSIZE(BOOK3E_PAGESZ_4K))@l
	mtspr	SPRN_MAS1,r6
	mfspr	r6,SPRN_MAS2
	li	r7,0		/* temp EPN = 0 */
	rlwimi	r7,r6,0,20,31
	mtspr	SPRN_MAS2,r7
	mtspr	SPRN_MAS3,r8
	tlbwe

	xori	r6,r4,1
	slwi	r6,r6,5		/* setup new context with other address space */
	bl	1f		/* Find our address */
1:	mflr	r9

	rlwimi	r7,r9,0,20,31  

	addi	r7,r7,(2f - 1b)
	mtspr	SPRN_SRR0,r7
	mtspr	SPRN_SRR1,r6
	rfi
2:
/* 4. Clear out PIDs & Search info */
	li	r6,0
	mtspr   SPRN_MAS6,r6
	mtspr	SPRN_PID0,r6

	mfspr	r7,SPRN_MMUCFG
	rlwinm	r7,r7,21,28,31			/* extract MMUCFG[NPIDS] */
	cmpwi	r7,3
	bne	2f				/* skip if NPIDS != 3 */

	mtspr	SPRN_PID1,r6
	mtspr	SPRN_PID2,r6

/* 5. Invalidate mapping we started in */
2:
	lis	r7,0x1000	/* Set MAS0(TLBSEL) = 1 */
	rlwimi	r7,r3,16,4,15	/* Setup MAS0 = TLBSEL | ESEL(r3) */
	mtspr	SPRN_MAS0,r7
	tlbre
	mfspr	r6,SPRN_MAS1
	rlwinm	r6,r6,0,2,0	/* clear IPROT */
	mtspr	SPRN_MAS1,r6
	tlbwe
	/* Invalidate TLB1 */
	li	r9,0x0c
	tlbivax 0,r9
	TLBSYNC

/* The mapping only needs to be cache-coherent on SMP */
#ifdef CONFIG_SMP
#define M_IF_SMP	MAS2_M
#else
#define M_IF_SMP	0
#endif

#if defined(ENTRY_MAPPING_BOOT_SETUP)

/* 6. Setup KERNELBASE mapping in TLB1[0] */
	lis	r6,0x1000		/* Set MAS0(TLBSEL) = TLB1(1), ESEL = 0 */
	mtspr	SPRN_MAS0,r6
	lis	r6,(MAS1_VALID|MAS1_IPROT)@h
	ori	r6,r6,(MAS1_TSIZE(BOOK3E_PAGESZ_64M))@l
	mtspr	SPRN_MAS1,r6
	lis	r6,MAS2_VAL(PAGE_OFFSET, BOOK3E_PAGESZ_64M, M_IF_SMP)@h
	ori	r6,r6,MAS2_VAL(PAGE_OFFSET, BOOK3E_PAGESZ_64M, M_IF_SMP)@l
	mtspr	SPRN_MAS2,r6
	mtspr	SPRN_MAS3,r8
	tlbwe

/* 7. Jump to KERNELBASE mapping */
	lis	r6,(KERNELBASE & ~0xfff)@h
	ori	r6,r6,(KERNELBASE & ~0xfff)@l

#elif defined(ENTRY_MAPPING_KEXEC_SETUP)
/*
 * 6. Setup a 1:1 mapping in TLB1. Esel 0 is unsued, 1 or 2 contains the tmp
 * mapping so we start at 3. We setup 8 mappings, each 256MiB in size. This
 * will cover the first 2GiB of memory.
 */

	lis r10, (MAS1_VALID|MAS1_IPROT)@h
	ori r10,r10, (MAS1_TSIZE(BOOK3E_PAGESZ_256M))@l
	li  r11, 0
	li  r0, 8
	mtctr   r0

next_tlb_setup:
	addi	r0, r11, 3
	rlwinm  r0, r0, 16, 4, 15  // Compute esel
	rlwinm  r9, r11, 28, 0, 3   // Compute [ER]PN
	oris    r0, r0, (MAS0_TLBSEL(1))@h
	mtspr   SPRN_MAS0,r0
	mtspr   SPRN_MAS1,r10
	mtspr   SPRN_MAS2,r9
	ori r9, r9, (MAS3_SX|MAS3_SW|MAS3_SR)
	mtspr   SPRN_MAS3,r9
	tlbwe
	addi    r11, r11, 1
	bdnz+   next_tlb_setup

/* 7. Jump to our 1:1 mapping */
	mr	r6, r25
#else
	#error You need to specify the mapping or not use this at all.
#endif

	lis	r7,MSR_KERNEL@h
	ori	r7,r7,MSR_KERNEL@l
	bl	1f			/* Find our address */
1:	mflr	r9
	rlwimi	r6,r9,0,20,31
	addi	r6,r6,(2f - 1b)
	mtspr	SPRN_SRR0,r6
	mtspr	SPRN_SRR1,r7
	rfi				/* start execution out of TLB1[0] entry */

/* 8. Clear out the temp mapping */
2:	lis	r7,0x1000	/* Set MAS0(TLBSEL) = 1 */
	rlwimi	r7,r5,16,4,15	/* Setup MAS0 = TLBSEL | ESEL(r5) */
	mtspr	SPRN_MAS0,r7
	tlbre
	mfspr	r8,SPRN_MAS1
	rlwinm	r8,r8,0,2,0	/* clear IPROT */
	mtspr	SPRN_MAS1,r8
	tlbwe
	/* Invalidate TLB1 */
	li	r9,0x0c
	tlbivax 0,r9
	TLBSYNC

首先要说明的是，走到这里有一个前提条件，系统已经有一个1:1的tlb映射，包含正在跑的这段代码。

line2, bl是相对跳转，跳转到invstr标签处，将此标签虚拟地址存入r6；

line10，调用tlbsx 0,r6查找出当前的1：1映射tlb条目的编号，跳转至match_tlb处；

line35，先将MAS0的值存入r7，然后将r7逻辑循环左移16位，然后提取32+20至32+31的内容

存入r3，剩下的bit位全部清零。其实就是取得MAS0的ESEL字段。其中，ESEL字段位于bit44-bit47，

将MAS0的高32位循环左移16位后，就位于bit52-bit63。

（powerpc是大端，左移指的是将数据往低地址方向移动。）

这里第一次说到M-Form的rlwinm指令，

该指令主要用来提取寄存器的某些位，然后放到结果寄存器里。

rlwinm r1, r2, SH, A, B (A < B)

如：r2 = 0x12345678, SH=8, A=3，B=9 则：r1 = 0x1440 0000.

计算过程：MASK(A,B) = 0x1fc0 0000. r2 <- 8 = 0x34567812.

line10执行完后，r3保存tlb entry编号；

line38到line41,将r3对应的tlb条目置一个IPROT属性保护起来。

line44到line60，遍历所有的tlb1，主要编号不是r3的，就将其保护位IPROT清除；

line62到line69，将tlb0和tlb1的所有tlb置无效，目前只剩一个我们正在执行的tlb条目了；

接下来，在另外一个地址空间，建立一个临时的tlb，让代码跳转过去临时跑一会：

line72到line73，找一个不同的tlb，算法是r5=(r3&1)+1,假如r3是偶数，则r5=1；假如r3是奇数，则r5是2；

line74到line77，将r3对应的tlb信息读出到MAS系列寄存器；

line80到line84，对RPN进行调整对齐之类的操作；

line100到line114，填充临时tlb的信息：

line102,指定写r5对应的tlb，line104到line108，置MAS1的ts位为非当前空间，置IPROT保护位，置页面大小为4k；

line109获取当前MAS2的内容，存放到r6，然后获取r6的bit52-bit63位，平移到r7中,然后写回MAS2。这句的意思就是

保留tlb条目的cache属性，然后将epn清零。

line113将RPN按页对齐调整过后的值写入MAS3，然后写入此temp tlb;

line116到line117，将MSR的TS置为与当前空间相反，与line102相对应；

line121将当前地址的bit52-bit63更新到r7（即把之前r7存放的MAS2里的cache属性位覆盖），

而其余位仍然是r7的原值（这是与rlwinm唯一不同的地方），原值就是epn为0，并取当前运行地址的

bit52-bit63位，即低4k。也就是说，这个临时空间要求代码段被拷贝在物理地址0-4k内；

line123算出2f的偏移，并在line124将地址存入SPR0，将MSR存入SPR1；

line126跳转至临时空间；

到了line143，这时候可以放心大胆的清除刚进内核时的唯一一个tlb条目了,这里不再罗嗦；

line166-line175，在空间0建立一个64M、虚拟映射为PAGE_OFFSET:0的tlb条目；

line178至line179，为r6存放一个内核态偏移，然后line218将当前运行地址的低4k，平移到r6中，

最后line222跳转至此地址，即从此运行在PAGE_OFFSET:0的地址空间了；

line225至line236，清除最先我们建立在另一个空间的临时映射；

line181至line209是kexec跳转前，为2G的物理地址空间建立1：1映射，这样做有两个好处，一个是

kexec e500架构下的最终内核页面拷贝都是假设关闭了mmu的，另一个好处是，我们在最前面说到，

powerpc内核假设boot是为其建立好了一个1:1映射的。如果不这么做，会出现不可预知的问题。