[Linux:Kernel] AArch64 리눅스 부팅(AArch64 Linux Booting)

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Documentation/arm64/booting.txt

AArch64 리눅스 부팅

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Author: Will Deacon <will.deacon@arm.com>
번역  : 양정석 <dasomoli@gmailREMOVETHIS.com>
Date  : 07 September 2012

이 문서는 Russell King의 ARM 부팅 문서에 기초하고 AArch64 리눅스 커널의
모든 공개 릴리즈와 연관됩니다.

AArch64 예외 모델은 몇 개의 예외 단계(EL0 – EL3)으로, 그 중 EL0와 EL1은
시큐어와 논-시큐어 구성을 가지는 것으로 구성되어 있습니다. EL2는
하이퍼바이저 단계이고 논-시큐어 모드에서만 존재합니다. EL3는 가장 높은
단계이고, 시큐어 모드에서만 존재합니다.

이 문서의 목적에 따라, 우리는 ‘부트 로더’ 용어를 간단히 리눅스 커널로
제어를 넘기기 전에 CPU(들) 상에서 실행되는 모든 소프트웨어로 정의하여
사용할 것입니다. 이것은 시큐어 모니터와 하이퍼바이저 코드를 포함할 것이고,
또는 최소 부팅 환경을 준비하기 위한 한 줌의 명령들이 될 수도 있습니다.

기본적으로, 부트 로더는 다음을 (최소한) 제공해야 합니다:

1. RAM을 셋업하고 초기화
2. 디바이스 트리를 셋업
3. 커널 이미지를 압축 해제
4. 커널 이미지를 호출
1. RAM을 셋업하고 초기화
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요구 사항: 필수

부트 로더는 커널이 시스템 상의 임시 데이터 저장 공간으로 사용할 모든
RAM을 찾아서 초기화할 것으로 여겨집니다. 이는 머신 의존적인 방법으로
수행됩니다. (자동으로 모든 RAM의 크기를 재고 위치시키는데 내부
알고리즘을 사용하거나, 머신 안의 RAM에 대한 지식을 사용하거나, 또는
부트 로더 설계자가 맞춰 보는 다른 방법을 사용할 수도 있습니다.)
2. 디바이스 트리를 셋업
———————–

요구 사항: 필수

디바이스 트리 조각 (dtb)는 8 바이트 경계로 커널 이미지의 시작으로부터
512 메가 바이트 내에, 그리고 2 바이트 경계에 걸치지 않도록 위치해야만
합니다. 이것은 커널이 초기 페이지 내이블 내의 하나의 섹션 맵핑을 사용해서
조각을 맵핑할 수 있도록 해줍니다.
3. 커널 이미지를 압축 해제
————————–

요구 사항: 선택

AArch64 커널은 현재 압축 해제기를 제공하지 않고, 그래서 압축된 Image 타겟
(예를 들면, Image.gz)이 사용된다면 부트 로더에 의한 압축 해제
(gzip, 기타 등)를 요구합니다. 이 요구 사항을 구현하지 않은 부트로더들을
위해서 압축되지 않은 Image 타겟이 현재 대신 이용 가능합니다.
4. 커널 이미지를 호출
———————

요구 사항: 필수

압축 해제된 커널 이미지는 다음과 같은 64바이트 헤더를 포함합니다:

  u32 code0;
/* 실행 가능 코드 */
  u32 code1; /* 실행 가능 코드 */
  u64 text_offset; /* 이미지 로딩 오프셋 */
  u64 res0 = 0; /* 여분으로 예약 */
  u64 res1 = 0; /* 여분으로 예약 */
  u64 res2 = 0; /* 여분으로 예약 */
  u64 res3 = 0; /* 여분으로 예약 */
  u64 res4 = 0; /* 여분으로 예약 */
  u32 magic = 0x644d5241; /* 매직 넘버, 리틀 엔디언, “ARM\x64” */
  u32 res5 = 0;       /* 여분으로 예약 */
헤더 설명:

– code0/code1 은 stext로의 뜀을 책임집니다.
– EFI를 통해 부팅할 때, code0/code1은 초기에 건너 뜁니다. res5는
  PE 헤더로의 offset이고, PE 헤더는 EFI 진입 포인트(efi_stub_entry)를
  가집니다. 그 코드 조각이 작업을 끝내면, 보통의 부팅 프로세스를 재개하기
  위해서 code0 로 점프합니다.
  
이미지는 시스템 RAM의 시작으로부터 지정된 오프셋(현재는 0x80000)에
위치하고, 거기서 호출되어야만 합니다. 시스템 RAM의 시작은 2MB로 정렬되어져
있어야 합니다.

커널로 점프하기 전에, 다음 조건을 만족해야만 합니다:

– 모든 DMA 가능 장치들을 중지시켜 메모리가 가짜 네트워크 패킷이나
  디스크 데이터로 인해 깨지지 않도록 하세요. 이것은 많은 디버깅 시간을
  절약시켜 줄 것입니다.
  
– 주요 CPU 일반-목적(general-purpose) 레지스터 셋팅
  x0 = 시스템 RAM 내의 디바이스 트리 조각(dtb)의 물리 주소
  x1 = 0 (차후 용도를 위해 예약)
  x2 = 0 (차후 용도를 위해 예약)
  x3 = 0 (차후 용도를 위해 예약)  
  
– CPU 모드
  모든 형태의 인터럽트는 PSTATE.DAIF(Debug, Serror, IRQ 그리고 FIQ)로
  마스킹되어져야 합니다.
  CPU는 EL2(가상화 확장에 접근하기 위해서 추천함) 또는 논-시큐어 EL1 에
  있어야 합니다.

– 캐시, MMU
  MMU는 반드시 꺼져야 합니다.
  명령 캐시는 켜지거나 꺼져 있을 수 있습니다.
  로딩된 커널 이미지에 해당하는 주소 범위는 PoC로 깨끗해야 합니다.
  시스템 캐시나 켜진 캐시와 연관된 다른 마스터들의 존재 안에서,
  이것은 보통, 셋/웨이 연산보다는 VA에 의한 캐시 관리를 필요로 합니다.
  VA 연산에 의한 구조화된 캐시 관리를 준수하는 시스템 캐시는 설정되어져야
  하고, 켜지게 될 것 입니다.
  VA 연산에 의한 구조화된 캐시 관리를 따르지 않는(권장하지 않음) 시스템
  캐시는 설정되고 꺼져야만 합니다.

– 구조화된 타이머
  CNTFRQ는 반드시 타이머 주기로 프로그램되어야 하고, CNTVOFF는 모든
  CPU들의 일관된 값으로 프로그램되어야 합니다. 만약 EL1에서 커널로
  진입한다면, CNTHCTL_EL2는 반드시 셋팅된 EL1PCTEN(비트 0)을 가져야 합니다.

– 연관성
  커널에 의해 부팅될 모든 CPU들은 커널로의 진입 상의 같은 연관 도메인의
  일부가 되어야 합니다. 이것은 각 CPU 상의 관리 연산의 수신을 켜는
  ‘구현에 따라 정의된’ 초기화를 요구할 것입니다.
  
– 시스템 레지스터
  커널이미지가 진입하는 그 예외 레벨에서 모든 쓰기 가능한 구조화된 시스템
  레지스터들은 ‘알려지지 않은’ 상태 내의 실행을 막기 위해서 더 높은 예외
  레벨에서 소프트웨어에 의해 초기화되어야만 합니다.

위에 쓰여진 CPU 모드, 캐시, MMU, 구조화된 타이머, 연관성과 시스템 레지스터들에
대한 요구사항은 모든 CPU에 적용됩니다. 모든 CPU는 같은 예외 레벨 안에서
커널로 진입해야 합니다.

부트로더는 각 CPU가 다음과 같은 관례로 커널로 진입할 것으로 생각합니다:

– 주 CPU는 커널 이미지의 첫 명령으로 직접 점프해야만 합니다. 이 CPU에 의해
  넘겨진 디바이스 트리 조각은 각 CPU 노드의 ‘enable-method’ 프로퍼티를
  포함해야만 합니다. 지원되는 enable-method 들은 아래에서 설명합니다.

  부트로더는 이들 디바이스 트리 프로퍼티를 생생하고 커널 진입보다 먼저
  조각 안에 그들을 끼워 넣을 것입니다.

– “spin-table” enable-method 의 CPU들은 그들의 cpu 노드 내에
  하나의 ‘cpu-release-addr’ 프로퍼티를 가져야 합니다. 이 프로퍼티는
  자연스럽게 정렬된 64비트의 0으로 초기화된 메모리 위치를 나타냅니다.

  이 CPU들은 예약된 영역 안에 포함되어야만 하는, 그들의 cpu-release-addr
  위치를 폴링하는 (디바이스 트리 안의 /memreserve/ 영역에 의해 커널로
  전달되는) 메모리의 예약된 영역 안의 커널 밖에서 돌아야 합니다.
  wfe 명령은 비지-루프(busy-loop)의 부하를 줄이기 위해서 추가될 것이고,
  sev는 주 CPU에 의해 일어날 것입니다. cpu-release-addr에 의해
  가리켜지는 위치를 읽는 것이 0이 아닌 값을 반환할 때, 그 CPU는 이 값으로
  점프해야 합니다. 그 값은 하나의 64비트 리틀 엔디언 값으로 쓰여질
  것이므로 CPU들은 읽은 값을 그리로 점프하기 전에 그들 원래의 엔디언으로
  변환해야 합니다.

– “psci” enable method의 CPU들은 커널의 밖(즉, memory 노드 안에 커널로
  기술된 메모리의 그 영역 밖, 또는 디바이스 트리 안의 /memreserve/ 영역에
  의해 커널로 기술된 메모리의 예약된 영역 안)에 남아 있어야 합니다.
  커널은 커널 내로 CPU들을 가져오기 위해서 ARM DEN 0022A
  (“Power State Coordination Interface System Software on ARM processors”)
  문서 안에 설명된 것처럼 CPU_ON 호출들을 일으킬 것입니다.
  
  디바이스 트리는 하나의 ‘psci’ 노드를
  Documentation/devicetree/bindings/arm/psci.txt 안에 설명된대로
  포함해야만 합니다.

– 두번째 CPU 일반-목적 레지스터 셋팅
  x0 = 0 (차후 용도를 위해 예약)
  x1 = 0 (차후 용도를 위해 예약)
  x2 = 0 (차후 용도를 위해 예약)
  x3 = 0 (차후 용도를 위해 예약)

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