몰랐거나, 알고싶지 않았던 것들

사실, 이 글은 딱히 ARM architecture에 국한 된 것은 아니다.

"Alignment가 무엇인가" 대한 글인데.. 살짝 요약하기 전에 바로 본론으로 들어가보도록 한다.

컴퓨터라는 놈은 특히 ARM architecture에서는 무언가를 실행하기 위해서, CPU 바로 옆에 있는 레지스터와 메모리 사이에 읽고 쓰는

연산이 굉장히 많다. 이때 주의깊게 봐야 할 점은 메모리에서, 어떤 주소에서 얼마 만큼 읽어 올 것인가가 주된 내용이다.

아래 그림에서 각 메모리 주소들은 주소를 나타내고 각 주소마다 1byte 만큼을 의미한다.

• READ 주소0 부터 1byte: 아래 색칠 되어있는 0 부분만 읽어오는 것

• READ 주소3 부터 2byte: 아래 색칠되어있는 3 그리고 4를 읽어오는 것
  

• READ 주소3 부터 4byte: 아래 색칠되어있는 3, 4, 5 그리고 6를 읽어오는 것

하지만, 실제 컴퓨터의 동작은 프로그래머가 생각하는 방식으로 동작하지 않고 읽거나 쓸 때 Chunk 단위로 동작하는데 이 단위는 CPU에 따라 다르다. 예를 들어 32bit architecutre에서는 32bit chunk 단위로 움직이고, 64bit architecture에서는 64bit chunk 단위로 움직이게 된다. 즉,

• READ 주소0 부터 1byte: 0 번째 byte를 읽기 위해서 0,1,2 그리고 3번째 byte를 모두 읽고, 그 중 0번 째 byte 값만 다시 OR 연산을 통해
                                           해당 0 번째 byte만을 결과로 갖는다.

• READ 주소3 부터 2byte: 3 번째 부터 2 byte를 읽기 위해서 0,1,2,3 그리고 4,5,6,7 번째 byte를 모두 읽고, 그 중 3번 째, 4번째 byte 값만 다시
                                          OR 연산을 통해 결과로 갖는다

• READ 주소3 부터 4byte: 3 번째 부터 4 byte를 읽기 위해서 0,1,2,3 그리고 4,5,6,7 번째 byte를 모두 읽고, 그 중 3,4,5,6번 째 byte 값만 다시 OR
                                           연산을 통해 결과로 갖는다.

 이처럼, 프로그래머가 읽고 싶은 번째부터 몇 개의 byte만을 읽기 위해서 실제로는 chunk 단위로 읽어 들여야 하다 보니 생각치 못한 오버헤드가 생긴다. 그래서 CPU가 자체적으로 이렇게 오버헤드가 생기지 않게 하기 위해서, Alignment check를 통해서 자체적으로 오버헤드를 줄일 수 있게 해 놓았다.(읽고자 하는 단위와, 주소를 통해서 Alignment를 체크한다.)

위에 테이블과 같이 해당 메모리는 접근 할 때, 위에 표를 참조하여 Alignment를 체크하고 올바르지 않은 접근을 하게 되면 Alignment Fault를 발생시킨다.

• 메모리에 적재시켜주는데... 메모리 몇 번지에 로드시켜야 하는가?
• 커널 이미지는 누가 메모리에 로드시켜 주는가?

프로그래머가 코딩을 처음 배울 때, 아주아주 처음 배우면 먼저 해보는 Helloworld!.

이 코드를 작성해서 터미널에 

gcc helloworld.c -o helloworld 라고 명령어를 치거나, Visual-Studio를 통해서 Run 버튼을 누르면, 결과창에 나타나는 것은 Hello World라는 한 줄이다.

왜 인지는 모르지만, main 이라는 함수를 실행하는거 보니, 이 프로그램은 main 이라는 함수가 시작지점 즉, Entry-point 인가 보다 하면서 공부를 시작했던게 기억난다. 시간이 지나고 보니 내가 했던 생각은 맞기도, 틀리기도 한 내용이다. 엄밀히 말하면 틀리기 보다는 똑똑한 운영체제가 나 대신에 Entry-point를 main함수로 지정해 준 것이라는걸(운영체제가 main함수를 엔트리 포인트로 하고 있는, 디폴트 링커스크립트를 제공해준다는 걸) 나중에 머리가 조금 크고 나니 알게 되었다.

프로그램을 작성하려면 내 코드를 기계어로 바꿔주는 컴파일러에게 "내가 만든 이 코드들을 여기부터 시작해야되!" 라는 힌트를 제공해주어야 한다. 사실, Entry-point 말고도 여러가지 힌트들을 제공해주어야 하는데 링커스크립트를 통해서 제공해준다.

바로 위 문장을 보고나면 아래와 같은 질문들이 생긴다.

• 링커스크립트(Linker-Script)가 뭔대?!
• 어떠한 힌트들을 제공해 주는데?
• Entry-point에 대한 힌트는 어떻게 제공하는데?

리눅스 커널을 Line-by-line으로 분석하려면, 특히 리눅스 커널 이미지가 처음부터 실행되는 모습을 보고자 한다면!

몇 가지 배경 지식을 알고 있어야 한다.

• 링커스크립트에서 ENTRY 지시어가 어떤 의미인가?
• Section이 무엇인가?
• 리눅스 이미지는 Header를 갖고 있는데 어떠한 형식이며, 각 각이 어떤 의미를 지니고 있는가?

Linux를 Line-by-line으로 보기 위해서 리눅스의(ARM architecture의 arm64) 처음 시작점부터 알아보려고한다. 

EFI를 사용하지 않고 있다고 가정하고있으므로, Image의 첫번째 명령어는 14번째 줄이 될 것이다.

부트로더가 리눅스를 실행시키면 14번 째 줄 명령어를 처음으로 실행하게 되고, 즉 stext 함수를 실행하게 된다.

다음부터는 stext 함수에 대해서 보겠다.

따로 만들어야 하는 문서: 링커스크립트, ELF, 섹션

LPI: Locality-specific Peripheral Interrupt

ITS: Interrupt Translation Service

GICv3에는 기존 GICv2와는 다르게 위 내용들이 추가되었다.

출처: http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.dai0492b/GICv3_Software_Overview_Official_Release_B.pdf

level sensitive only

• Signaling from device to GIC: interrupt state: Pending
• Sending the signal from GIC to CPU: Pending
• Acknowledge (ACK) the interrupt through CPU interface: Active & Pending
• Operating System reprogram the device and device switch from high to low: Active
• CPU deactivate(write corresponding interrupt to EOI) the interrupt: Active to Inactive

개인적으로 공부하고 싶은 내용들에 대해서 List화 하고, 정리해 나갈 예정

[ x ]  : 시작 안함

[ - ]  : 진행 중

[ O ] : 완료

리눅스

• [ - ] Linux Code Review line by line
• [ x ] XEN on ARM Code Review line by line
• [ x ] cgroup
• [ x ] subsys

ARM

• [ x ] ARMv8
• [ x ] GICv3 & 4
• [ x ] PMIC
• [ x ] PSCI
• [ x ] SMCCC
• [ x ] ARM-EABI (Embedded Application Binary Interface)

Hardware

• [ x ] 전기는 왜 흐르나
• [ x ] flash memory
• [ x ] EERPROM
• [ x ] MMC
• [ x ] eMMC
• [ x ] UART (pl001x)

ETC

• [ x ] ARM assembly .macro vs FUNC
• 
  [ x ] UEFI 사용해보기
  

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    export GIT_AUTHOR_NAME="$CORRECT_NAME"

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