上篇分析了RISC-V Linux啟動的頁表創(chuàng)建，提到RISC-V Linux入口地址必須2M對齊，今天講講如何解決2M對齊的問題，或者說如何優(yōu)化部分內(nèi)存。

注意：本文基于linux5.10.111內(nèi)核

內(nèi)存占用分析

每顆芯片在出廠時，其bootrom就已經(jīng)固化在芯片內(nèi)部，假設(shè)bootrom的地址是0x0，即上電后，會從0x0地址處開始運行程序。

在啟動RISC-V Linux之前，需要先運行opensbi，因此應(yīng)該把opensbi放到地址0x0處，這樣芯片上電后，就會從0x0地址處執(zhí)行opensbi。在opensbi運行完后，會跳轉(zhuǎn)到opensbi運行地址偏移2M的位置去執(zhí)行下一級boot（這里下一級boot是kernel），即跳轉(zhuǎn)到0x200000地址處運行kernel，因此應(yīng)該把kernel放到內(nèi)存的0x200000處。

內(nèi)存分布示意圖如下：

對于kernel來說，在啟動時會從自己的kernel加載地址處（即0x200000）開始建立頁表映射，只有對物理內(nèi)存建立了頁表映射，后面才能訪問這些內(nèi)存。而kernel加載地址前面的2M內(nèi)存（即0x0 - 0x200000）將被kernel忽略，不會對這2M內(nèi)存建立頁表，即kernel無法訪問這2M內(nèi)存。

在QEMU上RISC-V Linux的啟動信息：

但opensbi實際不需要使用2M這么大的范圍，默認是512KB，opensbi的pmp會保護這512KB內(nèi)存，不讓其他程序訪問。

因此在Kernel和opensbi之間會存在1.5M的內(nèi)存空隙，并且這部分內(nèi)存空隙沒有程序使用，這就會造成內(nèi)存浪費，那如何讓kernel將前面的一部分內(nèi)存也利用起來呢？

優(yōu)化方案

對這2M內(nèi)存的優(yōu)化，有兩種方案：

方案一：將opensbi放到內(nèi)存的最后面，kernel入口地址仍然保持2M對齊。

方案二：opensbi仍然放到內(nèi)存的起始位置，通過修改內(nèi)核源碼，解除2M對齊限制，即可將kernel地址往前挪。

方案一

我們將opensbi放到內(nèi)存的最后面，kernel入口地址仍然保持2M對齊。

即kernel放到內(nèi)存的最前面，opensbi放到后面：

例如kernel放到內(nèi)存的0x0地址處，opensbi放到內(nèi)存的0x10000000地址處。這樣kernel前面就不會有預(yù)留內(nèi)存，只不過這樣需要修改bootrom的地址，將地址從0x0修改為0x0x10000000。這種方案只適合芯片還沒出廠前，因為用戶無法修改bootrom的地址，芯片出廠后，bootrom地址是固定的，假設(shè)bootrom地址為0x0，那么芯片上電后，就會從0x0開始運行程序，所以opensbi必須放到0x0地址處，這樣必然kernel只能往后偏移2M。

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方案二

我們也可以修改RISC-V Linux的內(nèi)核源碼，解除2M對齊的限制。我們只需要在setup_vm()函數(shù)中，將原來的二級頁表改為三級頁表，這樣kernel入口地址只需要4K對齊，因此就能將kernel往前挪，從而利用前面的內(nèi)存。

修改代碼

路徑：arch/riscv/mm/init.c

注釋原來的2M對齊檢查：

對kernel的前2M頁表映射由二級頁表改為三級頁表：

對整個kernel的頁表映射由二級頁表改為三級頁表：

假設(shè)kernel大小為4M+

通過以上的代碼修改，就能將Kernel入口地址往前挪1.5M，只給opensbi預(yù)留512KB，這樣RISC-V Linux啟動之后，可用物理內(nèi)存就會增加。

總結(jié)

RISC-V Linux入口地址2M對齊的操作目前還沒看到有人解釋，不過應(yīng)該就是為了給opensbi預(yù)留2M，于是kernel只建立了二級頁表，使得入口地址必須2M對齊。對這部分內(nèi)存的優(yōu)化解決方案，目前也還沒人給出，希望本文的優(yōu)化方案能夠幫助到有些人，也希望能夠給大家一些啟發(fā)。

原文作者：嵌入式Linux充電站