Linux内核有两个重要的宏：PHYS_OFFSET和PAGE_OFFSET。PHYS_OFFSET是物理内存的起始地址，PAGE_OFFSET是Linux内核空间的虚拟起始地址（默认为0xC0000000,可通过menuconfig配置，CONFIG_PAGE_OFFSET）。PHYS_OFFSET可通过menuconfig配置（CONFIG_PHYS_OFFSET）,但一般不直接配置。 如果定义了CONFIG_ARM_PATCH_PHYS_VIRT，则内核会根据实际所在的地址调整PHYS_OFFSET的值。
内核镜像生成的时候需要PHYS_OFFSET和PAGE_OFFSET对应的物理地址，在Makefile.boot中指定。对于SMDK2440开发板，则为arch/arm/mach-s3c24xx/Makefile.boot，如下，zreladdr-y即为__pa(PAGE_OFFSET+TEXT_OFFSET)（TEXT_OFSSET在makefile中写死了为0x8000)。params_phys-y即为PHYS_OFFSET
ifeq ($(CONFIG_PM_H1940),y)
zreladdr-y += 0x30108000
params_phys-y := 0x30100100
else
zreladdr-y += 0x30008000
params_phys-y := 0x30000100
endif
Linux内核中内存初始化主要是初始化内存的地址范围和布局，以及建立页表（MMU），不会再初始化内存控制器。内存控制器在u-boot中已经初始化好并且已经把代码拷贝到内存运行，初始化内存控制器也可能导致内存中的数据异常。uboot中可以通过两种方式传递内存信息：在启动参数中使用mem=xxx或者使用atag_mem。
对于mem=xxx参数，在early_param中初始化memblock，这里实际上添加了一个起始地址为PHYS_OFFSET，大小为mem=指定的内存bank。
static int __init early_mem(char *p)
{
static int usermem __initdata = 0;
u64 size;
u64 start;
char *endp;
/*
* If the user specifies memory size, we
* blow away any automatically generated
* size.
*/
if (usermem == 0) {
usermem = 1;
memblock_remove(memblock_start_of_DRAM(),
memblock_end_of_DRAM() - memblock_start_of_DRAM());
}
start = PHYS_OFFSET;
size = memparse(p, &endp);
if (*endp == '@')
start = memparse(endp + 1, NULL);
arm_add_memory(start, size);
return 0;
}
对于ATAG_MEM，则在parse_tag_mem32添加一个内存bank。
static int __init parse_tag_mem32(const struct tag *tag)
{
return arm_add_memory(tag->u.mem.start, tag->u.mem.size);
}
内存布局初始化好后就会根据内存信息进行地址映射，通过paging_init重新初始化页表。
parse_early_param();
early_paging_init(mdesc, lookup_processor_type(read_cpuid_id()));
setup_dma_zone(mdesc);
sanity_check_meminfo();
arm_memblock_init(mdesc);
paging_init(mdesc);
mem=xxx比atag_mem优先级较高，会覆盖atag_mem的设置。
内核在setup_arch函数中进行上面的初始化，start_kernel函数执行完setup_arch后，接着初始化zone和页分配器（zone实际上管理的是物理内存）。
setup_arch(&command_line);
mm_init_cpumask(&init_mm);
setup_command_line(command_line);
.............
build_all_zonelists(NULL, NULL);
page_alloc_init();
......
mm_init();
static void __init mm_init(void)
{
/*
* page_cgroup requires contiguous pages,
* bigger than MAX_ORDER unless SPARSEMEM.
*/
page_cgroup_init_flatmem();
mem_init();
kmem_cache_init();
percpu_init_late();
pgtable_init();
vmalloc_init();
}
在mem_init中打印memory layout，通过这里的数据可以找到修改这些layout的方法。
printk(KERN_NOTICE "Virtual kernel memory layout:
"
" vector : 0x%08lx - 0x%08lx (%4ld kB)
"
#ifdef CONFIG_HAVE_TCM
" DTCM : 0x%08lx - 0x%08lx (%4ld kB)
"
" ITCM : 0x%08lx - 0x%08lx (%4ld kB)
"
#endif
" fixmap : 0x%08lx - 0x%08lx (%4ld kB)
"
" vmalloc : 0x%08lx - 0x%08lx (%4ld MB)
"
" lowmem : 0x%08lx - 0x%08lx (%4ld MB)
"
#ifdef CONFIG_HIGHMEM
" pkmap : 0x%08lx - 0x%08lx (%4ld MB)
"
#endif
#ifdef CONFIG_MODULES
" modules : 0x%08lx - 0x%08lx (%4ld MB)
"
#endif
" .text : 0x%p" " - 0x%p" " (%4td kB)
"
" .init : 0x%p" " - 0x%p" " (%4td kB)
"
" .data : 0x%p" " - 0x%p" " (%4td kB)
"
" .bss : 0x%p" " - 0x%p" " (%4td kB)
",
MLK(UL(CONFIG_VECTORS_BASE), UL(CONFIG_VECTORS_BASE) +
(PAGE_SIZE)),
#ifdef CONFIG_HAVE_TCM
MLK(DTCM_OFFSET, (unsigned long) dtcm_end),
MLK(ITCM_OFFSET, (unsigned long) itcm_end),
#endif
MLK(FIXADDR_START, FIXADDR_TOP),
MLM(VMALLOC_START, VMALLOC_END),
MLM(PAGE_OFFSET, (unsigned long)high_memory),
#ifdef CONFIG_HIGHMEM
MLM(PKMAP_BASE, (PKMAP_BASE) + (LAST_PKMAP) *
(PAGE_SIZE)),
#endif
#ifdef CONFIG_MODULES
MLM(MODULES_VADDR, MODULES_END),
#endif
MLK_ROUNDUP(_text, _etext),
MLK_ROUNDUP(__init_begin, __init_end),
MLK_ROUNDUP(_sdata, _edata),
MLK_ROUNDUP(__bss_start, __bss_stop));
ARM芯片主要使用了Linux的两种地址映射方式，I/O静态映射（通过iotable_init函数）和ioremap动态映射。我的GT2440开发板启动后内核的地址空间如下：
在uboot启动参数中，指定了mem=62M。从图中可以发现，mem=62M指定了低端地址空间的大小，事实上是因为物理内存较小，没有超过vmalloc_limit。mem=xxx不能达到实际物理内存的大小（我的开发板内存为64MB），否则系统运行一些耗内存的应用程序可能会段错误，本人曾经用mjpg-streamer驱动pl2303摄像头的时候遇到过。一般至少需要预留2MB的空间，有人说是为DMA保留的，我目前不清楚原因。
iotable_init和ioremap函数都是把物理地址映射到vmalloc区。先看看iotable_init，其一般在machine初始化的map_io函数中初始化。
smdk2440_map_io函数中调用了s3c24xx_init_io
void __init s3c24xx_init_io(struct map_desc *mach_desc, int size)
{
arm_pm_idle = s3c24xx_default_idle;
/* initialise the io descriptors we need for initialisation */
iotable_init(mach_desc, size);
iotable_init(s3c_iodesc, ARRAY_SIZE(s3c_iodesc));
if (cpu_architecture() >= CPU_ARCH_ARMv5) {
samsung_cpu_id = s3c24xx_read_idcode_v5();
} else {
samsung_cpu_id = s3c24xx_read_idcode_v4();
}
s3c_init_cpu(samsung_cpu_id, cpu_ids, ARRAY_SIZE(cpu_ids));
samsung_pwm_set_platdata(&s3c24xx_pwm_variant);
}
这里映射了GPIO、IRQ、MEMCTRL、UART寄存器，即把S3C24XX_PA_XX映射到S3C24XX_VA_XX。
/* minimal IO mapping */
#define IODESC_ENT(x) { (unsigned long)S3C24XX_VA_##x, __phys_to_pfn(S3C24XX_PA_##x), S3C24XX_SZ_##x, MT_DEVICE }
static struct map_desc s3c_iodesc[] __initdata = {
IODESC_ENT(GPIO),
IODESC_ENT(IRQ),
IODESC_ENT(MEMCTRL),
IODESC_ENT(UART)
};
#define S3C_ADDR_BASE 0xF6000000
#ifndef __ASSEMBLY__
#define S3C_ADDR(x) ((void __iomem __force *)S3C_ADDR_BASE + (x))
#else
#define S3C_ADDR(x) (S3C_ADDR_BASE + (x))
#endif
#define S3C_VA_IRQ S3C_ADDR(0x00000000) /* irq controller(s) */
#define S3C_VA_SYS S3C_ADDR(0x00100000) /* system control */
#define S3C_VA_MEM S3C_ADDR(0x00200000) /* memory control */
#define S3C_VA_TIMER S3C_ADDR(0x00300000) /* timer block */
#define S3C_VA_WATCHDOG S3C_ADDR(0x00400000) /* watchdog */
#define S3C_VA_UART S3C_ADDR(0x01000000) /* UART */
#define S3C24XX_VA_IRQ S3C_VA_IRQ
#define S3C24XX_VA_MEMCTRL S3C_VA_MEM
#define S3C24XX_VA_UART S3C_VA_UART
#define S3C24XX_VA_TIMER S3C_VA_TIMER
#define S3C24XX_VA_CLKPWR S3C_VA_SYS
#define S3C24XX_VA_WATCHDOG S3C_VA_WATCHDOG
我尝试发现这些地址映射的规律，但发现无明显的规律，基本是映射到“一个段"。事实上也是任意的，但其地址都是在vmalloc地址区域的末端。
在cpu->map_io中调用了s3c244x_map_io，这里映射了CLKPWR等寄存器。
void __init s3c244x_map_io(void)
{
/* register our io-tables */
iotable_init(s3c244x_iodesc, ARRAY_SIZE(s3c244x_iodesc));
static struct map_desc s3c244x_iodesc[] __initdata = {
IODESC_ENT(CLKPWR),
IODESC_ENT(TIMER),
IODESC_ENT(WATCHDOG),
};
iotable_init一般只映射基础的组件，需要在内核启动时候的先初始化的寄存器，其余的寄存器在驱动中通过ioremap进行映射。
以I2C驱动为例，在machine初始化中添加了一个I2C platform_deveice
static struct platform_device *smdk2440_devices[] __initdata = {
&s3c_device_ohci,
&s3c_device_lcd,
&s3c_device_wdt,
&s3c_device_i2c0,
&s3c_device_iis,
};
在其相应的driver i2c-s3c2410.c中s3c24xx_i2c_probe
/* map the registers */
res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
i2c->regs = devm_ioremap_resource(&pdev->dev, res);
if (IS_ERR(i2c->regs))
return PTR_ERR(i2c->regs);
dev_dbg(&pdev->dev, "registers %p (%p)
",
i2c->regs, res);
这里获取I2C的物理地址范围，通过ioremap进行了映射。
地址映射之后便可以进行访问了，但一般不直接访问，而是通过include/asm-generic/io.h中定义的writel、readl等相关接口进行访问，这样会有更好的移植性。
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作者：漂洋过海blog
来源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/huangbin0709/article/details/52728313
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