Linux内核32位ARM架构初始化流程详解（概述）

由于受到众多硬件厂商及软件巨头的支持，以及自身学术性和应用性的完美结合，Linux操作系统在各个方面尤其是嵌入式领域得到了广泛应用。同时，作为开源软件，市面上虽然已经有不少介绍Linux内核启动流程的文章和书籍，但往往都过于简陋，流于表面，或者过于分散，无法得到一个整体的印象。本文基于ARM FVP模拟器平台ARMv7 Cortext-A9处理器，专注于Linux 4.10内核启动流程中的内核初始化环节，对整个过程进行逐行解读，分析每行关键代码涉及到的ARM架构和Linux内核的基本知识，使得用户可以对整个启动流程有一个整体的概念，从而有助于解决启动过程中遇到的各种问题。

注意*：本文草稿同步在本人GitHub仓库更新，有兴趣者可移步观看。

关键词：嵌入式系统,虚拟化,Linux内核,32位ARM架构,ARMv7,Cortext-A9；内核初始化

1. 介绍

1.1 基本环境

本文使用的调试环境如下：

1. 调试器采用ARM公司的DS-5 V5.27.1；
2. 模拟器采用DS-5继承的ARM FVP（Fixed Virtual Platform，固定虚拟平台）；
3. 模拟器目标板采用ARM vexpress，处理器为Cortext-A9 4核处理器；
4. Linux内核版本为4.10；
5. 配置文件采用vexpress_defconfig；
6. 内核格式为非压缩的Image；
7. DTB文件采用DS-5自带的rtsm_ve-cortex_a9x4.dtb。

注意：

• 本文读者应具备基础的ARM架构指令集知识（工作模式、寄存器组织、寻址模式等）和C语言常识；
• 本文关注的是32位ARMv7架构启动流程，无关代码以...表示从而方便阅读；
• DS-5和ARM FVP的使用方法可参见ARM FVP(固定虚拟平台)Linux内核调试简明手册;
• Linux内核代码可参考Linux源码主线；
• ARM体系结构可参考官网ARMv7-AR Reference Manual；
• ARM指令可参考ARM官网ARM and Thumb-2 Instruction Set Quick Reference Card (Chinese)和ARMv7-AR Reference Manual附录A4 - A8；
• ARM 32位架构ABI可参考ARM官网针对ARM体系结构的应用程序二进制接口(ABI)；
• GNU链接器（ld）和汇编器（as）手册可参考GNU二进制工具文档。

1.2 初始化阶段划分

Linux内核初始化划分为如下几个阶段：

1. 入口阶段，即内核入口到C语言入口start_kernel()之前的阶段，基本上使用汇编语言实现；
2. 早期初始化阶段，即start_kernel()过程，用于为kernel_init线程（PID为1）和线程调度准备最基本的运行环境;
3. 初始化阶段，即kernel_init线程的执行过程，用于进行真正的内核初始化，包括驱动、文件系统、网络协议栈等模块的真正初始化，并最终执行跟文件系统中的初始化脚本；
4. 用户空间初始化，即初始化脚本定义的用户程序执行和模块加载等，不属于本文讨论范围。