ARM下Kernel panic - not syncing: Attempted to kill init!错误分析
ARM下Kernel panic - not syncing: Attempted to kill init!错误分析
1. 前言
最近在通过busybox制作rootfs的时候，发现使用不同版本的交叉编译器去编译busybox的时候，有些版本编译器编译出的busybox可执行文件不能用，它会导致系统启动过程中在加载init程序时出错。本文将分析怎么去查找这个错误具体是由什么引起的，以及如何才能解决该错误。如果我在分析中有什么不正确的地方，希望大家能够指正，谢谢。
我的开发环境如下
系统环境：Ubuntu 12.04（lsb_release -a命令查看）
交叉编译工具：arm-linux-gcc 3.3.2、arm-linux-gcc 4.2.2、arm-linux-gcc 4.5.1
busybox：busybox1.13.3、busybox1.25.0
linux内核：2.6.29
soc：s3c6410
2. 不同busybox和编译器版本组合结果
下面是我选择的不同busybox和交叉编译器版本的组合。
（1）busybox1.13.3 + arm-linux-gcc 3.3.2，出现如下错误
（2）busybox1.13.3 + arm-linux-gcc 4.2.2，没有问题，能正常启动进入shell命令行
（3）busybox1.25.0 + arm-linux-gcc 4.2.2，没有问题，能正常启动进入shell命令行
（4）busybox1.25.0 + arm-linux-gcc 4.5.1，没有问题，能正常启动进入shell命令行
3. 查找Kernel panic - not syncing: Attempted to kill init!错误
3.1 确认引起错误的原因
根据2中不同版本busybox和arm-linux-gcc的实验结果，第1个组合出现这个错误，肯定跟编译器的版本有关。但是具体是什么原因导致这个kernel panic的错误呢？还得继续去分析。
我们打开在内核中配置CONFIG_DEBUG_USER=y，并在uboot 启动参数bootargs 中添加 user_debug=31，打开全部调试信息，例如 setenv bootargs console=ttySAC0,115200 user_debug=31 saveenv。下图是user_debug每一位对应要开启的调试信息。
然后再次启动系统，这时可以看到多了两行打印信息，如下：
这时，从打印看出，我们知道是出现了未定义的指令导致kernel panic错误的，可在内核 (arch/arm/kernel/traps.c) 中找到相关的异常处理函数。
接下来我们要找出是什么未定义的指令，通过命令arm-linux-objdump -D -S busybox > tmp，可将rootfs bin目录中busybox可执行文件反汇编，然后查看pc=000d3f38的地方，可知我们要找的就是rfs这条未定义指令。
我查了下这条指令的含义，在arm information center里的描述，rfs指令是指读浮点状态寄存器到指定的 ARM 寄存器中，也就是说这是浮点指令。（http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.dui0041c/ch11s03s03.html）
3.2 解决错误
既然知道了是rfs这条未定义的浮点指令导致kernel panic错误的，那我们就要看一下为什么这条指令是未定义的。
3.2.1 编译器浮点相关参数的知识
由于一个浮点数操作最后是翻译成VFP指令，还是翻译成fpa，或者是softfloat是编译器决定的。也就是说假如我们应用程序中用到了浮点运算，那这种运算由哪种指令去执行，可以由编译器参数去决定，即在编译器配置参数中显式指定将浮点运算翻译成何种浮点指令。
下面是一些相关概念，可参考文章“[3] ARM GCC浮点相关总结...”
（1）名字解释：
ABI（Application Binary Interface）：应用程序二进制接口。
FPE（Floating Point Emulation）：浮点运算仿真，是使用软件仿真了FPA协处理器的执行。
FPA（Floating Point Accelerator）：浮点累加协处理器，ARM上提供了一组协处理器指令专门实现浮点运算。但这需要硬件支持，具体某一处理器上是否有FPA协处理器支持，可以查看ARM相关手册。
VFP（vector floating point）：矢量浮点，由vfp硬浮点处理器处理器支持。
（2）编译版本问题：
GCC 4.0 为分界线
4.0版本以下，由于采用OABI接口，其对浮点的支持不太好
4.0版本以上，采用了新的EABI接口，其对软浮点和硬浮点的支持都比较好。
（3）编译器相关的参数：
（3-1）-mfloat-abi来指定浮点运算处理方式
-mfloat-abi=soft 使用这个参数时，其将调用软浮点库(softfloat lib)来支持对浮点的运算，GCC编译器已经有这个库了，一般在libgcc里面。这时根本不会使用任何浮点指令，而是采用常用的指令来模拟浮点运算。 但使用的ARM芯片不支持硬浮点时，可以考虑使用这个参数。在使用这个参数时，连接时一般会出现下面的提示：
undefined reference to `__aeabi_fdiv'
或者类似的提示，主要因为一般情况下连接器没有去主动寻找软浮点库，这时使用将libgcc库加入即可。
-mfloat-abi=softfp
-mfloat-abi=hard
这两个参数都用来产生硬浮点指令，至于产生哪里类型的硬浮点指令，需要由-mfpu=xxx参数来指令。这两个参数不同的地方是：
-mfloat-abi=softfp生成的代码采用兼容软浮点调用接口(即使用-mfloat-abi=soft时的调用接口)，这样带来的好处是：兼 容性和灵活性。库可以采用-mfloat-abi=soft编译，而关键的应用程序可以采用-mfloat-abi=softfp来编译。特别是在库由第 三方发布的情况下。
-mfloat-abi=hard生成的代码采用硬浮点(FPU)调用接口。这样要求所有库和应用程序必须采用这同一个参数来编译，否则连接时会出现接口不兼容错误。
（3-2）-mfpu来指定浮点协处理的类型
-mfpu=vfp
-mfpu=fpa
...
前面已经讲述了,-mfpu参数就是用来指定要产生哪种硬浮点指令。常见的有vfp,fpa等。
另外，可以查看“[4] ARM GCC浮点编译选项...”这篇文章，里面讲了各参数的使用的例子。同时，这篇文章对编译浮点参数从另一角度作了解释：
在编译带有浮点参数的函数时，有三种可能的编译选项：
-mfloat-abi=soft
-mfloat-abi=softfp
-mfloat-abi=hard (hardfp)
"soft"选项：表明不使用FPU硬件，而是使用GCC的整数算术运算来模拟浮点运算。
"softfp"选项：表明要使用FPU硬件来做浮点运算，只是，函数的参数传递到整数寄存器（r0-r3）中，然后再传递到FPU中。
"hard"选项：表明要使用FPU硬件来做浮点运算，并且，函数的参数直接传递到FPU的寄存器（s0、d0）中。
3.2.2 解决办法
s3c6410的处理器是ARM1176JZF-S，ARM11是ARMv6架构，该处理器支持 VFP coprocessor，因此s3c6410是支持VFP硬件浮点指令的。在内核的Floating point emulation配置中，看arm是否支持硬浮点协处理器，支持的话选择VFP，不支持选择NWFPE，我们配置的是VFP。
rfs和wfs等是FPA的指令集，FPA是Old ABI里面的硬件浮点指令集，也就是说arm-linux-gcc 3.3.2编译器将busybox浮点运算翻译成了FPA指令集中的指令。而我们硬件支持的是VFP指令，且内核中只配置了支持VFP浮点运算。
因此，第一种解决办法，就是在内核中配置再添加NWFPE的配置，使用浮点运算仿真，通过使用软件仿真FPA协处理器的执行。我们可以在arch/arm/nwfpe/fpopcode.h中看到有定义RFS指令。
/*
===
=== Definitions for register transfer and comparison instructions
===
*/
#define MASK_CPRT 0x0e000010 /* register transfer opcode */
#define MASK_CPRT_CODE 0x00f00000
#define FLT_CODE 0x00000000
#define FIX_CODE 0x00100000
#define WFS_CODE 0x00200000
#define RFS_CODE 0x00300000
#define WFC_CODE 0x00400000
#define RFC_CODE 0x00500000
#define CMF_CODE 0x009000004. 总结
本文分析了在通过busybox制作的rootfs，低版本的编译器编译的busybox，会导致Kernel panic错误的原因，以及对应的解决办法。
5. 参考资料
[1] 关于出现kernel panic错误的讨论文章，可打开user_debug去查看调试信息
http://www.friendlyarm.net/forum/topic/1326
[2] 如何打开user_debug调试
http://blog.csdn.net/adaptiver/article/details/12778621
[3] ARM GCC浮点相关总结，编译器参数概念及内核浮点配置
http://www.cnblogs.com/wlei/archive/2012/09/03/2669268.html
[4] ARM GCC浮点编译选项，各参数的使用的例子
http://blog.csdn.net/jijiagang/article/details/12952681
[5] ARM（S3C2440 ）下解决的非法指令问题(Illegal instruction)的分析及解决过程
http://blog.chinaunix.net/uid-25756789-id-3420210.html
[6] illegal instruction非法指令的解决思路
http://blog.csdn.net/chyxwzn/article/details/8879750?utm_source=tuicool