从内核模块中查找异常向量表的物理地址

Question

我有一台安卓设备 - 三星Galaxy S2，内核版本为2.6.35.14（ARM Cortex A9）

我尝试查找异常向量表的物理地址。我知道它在0xffff0000虚拟地址处（我可以通过内核模块打印它的值）。

我还知道大多数内核虚拟地址（到物理地址的转换）是通过减去0x8000000的值完成的。

我有一个可以直接从设备存储器中读取数据的设备，我想获取异常向量表。

当我构建内核模块并尝试使用virt_to_phys（0xffff0000）宏时，我得到了一些地址，但表格不在那里。我成功地以这种方式找到了系统调用表，但这里宏给我错的地址。

是否有人知道为什么会发生这种情况？异常向量表的地址是否驻留在特殊的物理地址中？内核是否以某种特殊的方式转换其地址？

谢谢！

- user1010822

Answer 1

异常向量表在Linux中从2.6.35到最新的主线版保持相对稳定。它在引导阶段非常早地被分配，并涉及memblock引导分配器。相关文件包括内核目录中的entry-armv.S、traps.c和vmlinux.lds.S（链接脚本），以及mm（或内存管理ARM目录）中的init.c和mmu.c。此外，向量表必须始终映射，可被用户进程读取。这被内核用户助手使用；辅助例程也映射到此页面。

从vmlinux.lds.S中，

向量和存根是可重定位代码，唯一要紧的是它们的相对偏移。

__vectors_start表示向量页中的代码，并在entry-armv.S中找到。然而，该函数在traps.c中被重新定位。如果配置了高向量，则引导分配器为虚拟0xffff000地址保留一页。在您的2.6.35内核中，在init.c中使用了memblock分配器。在这里，mmu.c的devicemaps_init()通过调用early_alloc()来分配一页。此页面不遵循正常的内核地址空间规则，因此virt_to_phys可能无法使用，因为虚拟地址被强制使用。

然而，在原始的memblock_alloc()返回地址中确实存在一个内核地址。这是devicemaps_init()中的指针vector；这个地址可以使用virt_to_phys和phys_to_virt。

在entry-armv.S中，__vectors_start等的物理地址可以很容易地找到并计算出物理地址；然而，在init阶段结束时被丢弃，我认为您对此不感兴趣。

一个答案

您可以调用memblock_dump_all(void)并查看dmesg，使用这些指针尝试定位vector页面。它将是4k大小。您可以更改devicemaps_init()以导出vector值。在未修改的内核中，唯一的方法是遍历ARM mmu表；这是另外一个故事。

- artless noise

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也就是说，在 devicemaps_init 中的 vector 指针是 0xffff0000 的虚拟别名，它映射到相同的物理页面。这种 别名 的原因应该很明显。大多数 ARM CPU 需要将向量放在 0 或 0xffff0000，尽管较新的 ARM 可以省略此步骤。 - artless noise

谢谢您的快速回答！那么让我们看看我是否理解正确。memblock_alloc()函数返回一个指向向量表（变量 - vector）的虚拟地址。此外，内核必须将地址0xffff0000映射到之前分配的物理地址。因此，在内核中有两个虚拟地址被映射到相同的物理地址，或者在0xffff0000映射之后，第一个地址不再相关？ - user1010822

memblock_alloc() 分配一个正常的物理/虚拟对。然后在 devicemaps_init() 中，创建第二个别名指向 0xffff0000。第一个虚拟地址是相关的并保持活动状态；它是 devicemaps_init() 中 vector 指针的值。它仍然存在于 MMU 表中；MMU 表是一个虚拟到物理的列表；因此两个条目指向相同的物理页面。正如您所观察到的，0xffff0000 不遵循正常规则。 - artless noise

这个别名有一个重要的警告。如果你想修改其中一个（而不是0xffff0000），你需要清除缓存和写入缓冲区，否则旧值可能会在一段时间内保留（在缓存中的0xffff0000值）。缓存会制作同样数据的第二份副本，它不会知道别名。 - artless noise

Answer 2

也可以直接使用MMU（ATS1Cxx和PAR寄存器）来执行虚拟地址到物理地址的转换。请参见ARM ARM的B4.2.4节，了解详细信息。

如果您以这种方式使用MMU寄存器，则可能需要保护免受其他寄存器使用的竞争影响。

任何内核驱动程序都可以通过以下代码访问此功能，

 unsigned int pa;
 asm("\t mcr p15, 0, %0, c7, c8, 2\n"
     "\t isb\n"
     "\t mrc p15, 0, %0, c7, c4, 0\n" : "=r" (pa) : "0" (0xffff0000));
 printk("Vector is %x\n", pa & 0xfffff000);

常量是正确的。

• 0xffff0000是高向量虚拟地址。
• 0xfffff000是4k页面的掩码。

这仅适用于较新系列的ARM处理器，如Cortex系列。

- scott