RISC-V 64 head.S의 hart·DTB 수신과 SATP 전환

이 코드는 어떤 문제를 푸나요?

MMU를 켜면 같은 PC 숫자가 다른 주소로 해석될 수 있습니다. RISC-V의 relocate_enable_mmu는 복귀 주소와 trap 벡터를 먼저 맞춘 뒤 trampoline 표와 호출자가 넘긴 커널 표를 순서대로 적재합니다. 초기 부트 hart는 임시 early_pg_dir를, secondary hart는 swapper_pg_dir를 넘깁니다. v6.18.37의 이 루틴 전체를 읽어 주소 전환 도중에도 다음 명령을 가져올 수 있어야 한다는 문제를 설명합니다.

읽을 범위: v6.18.37 · arch/riscv/kernel/head.S · relocate_enable_mmu 73–125행입니다. 아래에 이 범위의 원문과 각 줄의 설명을 실었습니다. 주제 전체의 흐름과 다른 경로는 기존 분석에서 함께 읽으실 수 있습니다.

먼저 알아둘 개념

SATP

주소 변환 모드·ASID·최상위 표의 물리 페이지 번호를 담는 CSR입니다.

RA 보정

나중에 ret할 주소도 가상 주소로 맞춰야 새 주소 환경에서 올바른 위치로 돌아갑니다.

trampoline 표

주소 전환을 안전하게 넘기는 최소 임시 매핑입니다. 뒤이어 설치할 호출자 표와 다르며, 초기 부트의 early_pg_dir도 아직 최종 매핑은 아닙니다.

처음 읽을 때

전환 전 PC, 전환 후 PC, trap 목적지, 복귀 주소를 네 칸으로 적어 보십시오.

더 깊이 살펴볼 때

VA와 PA가 같은 경우의 순차 진행과 다른 경우의 trap 이동, 두 SFENCE.VMA의 목적을 구분하십시오.

그림으로 보는 변화

두 번째 SATP는 호출자가 넘긴 커널 표를 설치합니다

CONFIG_MMU의 두 호출 경로는 같은 relocate_enable_mmu()에 서로 다른 표의 주소를 a0로 전달합니다.

초기 부트 hartsetup_vm() 후 a0 = early_pg_dir · 초기 임시 커널 매핑. head.S:321–325

secondary harta0 = swapper_pg_dir · 준비된 커널 표. head.S:164–170

공통 루틴: trampoline_pg_dir SATP → VA≠PA면 보정한 TVEC로 trap, VA=PA면 순차 진행 → 1: 합류 → a2에 준비한 호출자 표 SATP → sfence.vma → 보정된 ra로 ret

초기 부트에서 이 두 번째 SATP가 곧 최종 매핑이라는 뜻은 아닙니다. setup_vm_final()이 나중에 swapper_pg_dir에 최종 매핑을 만듭니다.

호출자별 두 번째 SATP의 표 · Linux v6.18.37
경로	`a0`로 전달한 표	이 시점의 의미
초기 부트 hart	`early_pg_dir`	시스템 메모리를 발견하기 위한 임시 커널 매핑
secondary hart	`swapper_pg_dir`	이미 준비된 커널 표로 진입

RISC-V 64 head.S의 hart·DTB 수신과 SATP 전환의 단계별 개념 그림 — 기존 3단계 그림의 “정식 표”는 trampoline과 구별되는 *호출자 표*의 축약 표현입니다. 초기 부트에서는 `early_pg_dir`이고 최종 매핑은 아직 아닙니다. 위 호출 경로 그림과 함께 읽으세요.

1단계 고정

GIF 원본 열기

1. 주소 보정

커널 가상 시작점과 현재 물리 시작점의 차이로 RA와 trap 목적지를 맞춥니다.

화살표는 주소값 계산이며 메모리 복사가 아닙니다.

2. 임시 변환 활성화

PTE 쓰기를 동기화한 뒤 trampoline SATP를 적재합니다.

VA와 PA 관계에 따라 trap으로 다음 가상 위치로 이동할 수 있습니다.

3. 호출자 표로 교체

a2에 준비한 호출자 표의 SATP와 fence를 적용한 뒤 보정한 RA로 돌아갑니다. 초기 부트의 표는 early_pg_dir, secondary의 표는 swapper_pg_dir입니다.

마지막 화살표는 제어 흐름의 복귀입니다.

relocate_enable_mmu를 한 줄씩 읽기

줄 번호는 v6.18.37 원문 기준입니다. 주석·빈 줄을 포함한 함수 전체를 먼저 보고, 그 아래에서 각 줄을 설명합니다.

	.global relocate_enable_mmu
relocate_enable_mmu:
	/* Relocate return address */
	la a1, kernel_map
	XIP_FIXUP_OFFSET a1
	REG_L a1, KERNEL_MAP_VIRT_ADDR(a1)
	la a2, _start
	sub a1, a1, a2
	add ra, ra, a1

	/* Point stvec to virtual address of intruction after satp write */
	la a2, 1f
	add a2, a2, a1
	csrw CSR_TVEC, a2

	/* Compute satp for kernel page tables, but don't load it yet */
	srl a2, a0, PAGE_SHIFT
	la a1, satp_mode
	XIP_FIXUP_OFFSET a1
	REG_L a1, 0(a1)
	or a2, a2, a1

	/*
	 * Load trampoline page directory, which will cause us to trap to
	 * stvec if VA != PA, or simply fall through if VA == PA.  We need a
	 * full fence here because setup_vm() just wrote these PTEs and we need
	 * to ensure the new translations are in use.
	 */
	la a0, trampoline_pg_dir
	XIP_FIXUP_OFFSET a0
	srl a0, a0, PAGE_SHIFT
	or a0, a0, a1
	sfence.vma
	csrw CSR_SATP, a0
.align 2
1:
	/* Set trap vector to spin forever to help debug */
	la a0, .Lsecondary_park
	csrw CSR_TVEC, a0

	/* Reload the global pointer */
	load_global_pointer

	/*
	 * Switch to kernel page tables.  A full fence is necessary in order to
	 * avoid using the trampoline translations, which are only correct for
	 * the first superpage.  Fetching the fence is guaranteed to work
	 * because that first superpage is translated the same way.
	 */
	csrw CSR_SATP, a2
	sfence.vma

	ret

원문 73행