嵌入式系统移植-04Linux内核分析(Linux内核基本概念，Linux内核启动分析，Linux内核调试方法)
文章目录
- Linux内核基本概念
- Linux内核
- 主流的 Linux 发行版
- Linux 内核的特性
- Linux内核版本
- Linux内核子系统
- Linux内核模块结构图
- linux内核编译（移植好的）
- 编译内核 make uImage
- 编译设备树 make dtbs
- Linux内核代码结构（1）
- Linux系统源代码目录结构（2）
- Linux内核启动分析
- 嵌入式系统启动信息分析
- u-boot启动阶段
- linux内核启动阶段
- 根文件系统阶段（可运行应用程序）
- 嵌入式系统 启动流程
- 内核启动流程
- Linux内核调试方法
- 内核调试方法1：点灯法
- 内核调试方法 2：printk打印输出信息
- 打印函数
- 打印级别
- 通过proc在运行时查看和修改日志级别
- 内核调试方法 3： OOP内核异常信息
- 制造错误
- 运行该内核报错
- 找出错位置(arm-none-linux-gnueabi-addr2line)
Linux内核基本概念
Linux内核
- 从技术上说 linux 是一个内核
- “内核”指的是一个提供硬件抽象层、磁盘及文件系统控制、多任务等功能的系统软件。一个内核不是一套完整的操作系统。
- 通常我们使用的 linux 系统是一个集 linux 内核、工具集、各种库、桌面管理器、应用程序等一体的一个发布包 (发行版)
主流的 Linux 发行版
- Debian GNU/Linux
- Red Hat Linux
- Fedora Core
- Ubuntu Linux
- SUSE Linux
- Gentoo Linux
- Asianux
- Slackware Linux
- Turbo Linux
- CentOS
Linux 内核的特性
- 免费开源
- 可以移植，支持的硬件平台广泛
arm, i386, m68k, m32r,m68knommu, mips, ppc, s390, sh, sparc - 高可扩展性
- 可剪裁、可扩展，可以运行在大型主机，也可以运行在个人计算机上
- 高可靠性、稳定性
- 稳定性是linux鲜明特点，安装了linux系统的主机，
连续运行一年不宕机是很平常的事情 - 超强的网络功能
- 真正的多任务，多用户系统
- 模块化设计
- 模块可以动态加载，卸载，可以减少系统体积，同时可以用来解决冲突问题，模块调试
Linux内核版本
目前linux系统采用 A.B.C.D 的版本号管理方式
- A 表示linux的主版本号
- B 表示linux的次版本号，B 为偶数表示稳定版本，奇数表示开发中的版本
- C 表示linux的发行版本号
- D 表示更新版本号
主版本（X.Y）
1.0 2.0 2.2 2.4 2.6 3.x
Linux内核子系统
- 进程管理
- 内存管理
- 文件系统
- 网络协议
- 设备管理
linux系统不是正真的实时系统(采用时间片轮转的方式做的)
美国军方的Vxwork是正真的实时系统（中断抢占）
Linux内核模块结构图
应用访问内核要通过系统调用
内核访问硬件要通过映射
linux内核编译（移植好的）
编译内核 make uImage
linux@linux:~/linux-3.14-fs4412$ make uImage
CHK include/config/kernel.release
CHK include/generated/uapi/linux/version.h
CHK include/generated/utsrelease.h
make[1]: “include/generated/mach-types.h”是最新的。
CALL scripts/checksyscalls.sh
CHK include/generated/compile.h
Kernel: arch/arm/boot/Image is ready
Kernel: arch/arm/boot/zImage is ready
Image arch/arm/boot/uImage is ready
linux@linux:~/linux-3.14-fs4412$
编译设备树 make dtbs
linux@linux:~/linux-3.14-fs4412$ make dtbs
DTC arch/arm/boot/dts/exynos4210-origen.dtb
DTC arch/arm/boot/dts/exynos4210-smdkv310.dtb
DTC arch/arm/boot/dts/exynos4210-trats.dtb
DTC arch/arm/boot/dts/exynos4210-universal_c210.dtb
DTC arch/arm/boot/dts/exynos4412-odroidx.dtb
DTC arch/arm/boot/dts/exynos4412-origen.dtb
DTC arch/arm/boot/dts/exynos4412-fs4412.dtb
DTC arch/arm/boot/dts/exynos4412-smdk4412.dtb
DTC arch/arm/boot/dts/exynos4412-tiny4412.dtb
DTC arch/arm/boot/dts/exynos4412-trats2.dtb
DTC arch/arm/boot/dts/exynos5250-arndale.dtb
DTC arch/arm/boot/dts/exynos5250-smdk5250.dtb
DTC arch/arm/boot/dts/exynos5250-snow.dtb
DTC arch/arm/boot/dts/exynos5420-arndale-octa.dtb
DTC arch/arm/boot/dts/exynos5420-smdk5420.dtb
DTC arch/arm/boot/dts/exynos5440-sd5v1.dtb
DTC arch/arm/boot/dts/exynos5440-ssdk5440.dtb
Linux内核代码结构（1）
Linux系统源代码目录结构（2）
Linux内核启动分析
嵌入式系统启动信息分析
u-boot启动阶段
U-Boot 2013.01 (Aug 24 2014 - 12:01:19) for FS4412
CPU: Exynos4412@1000MHz
Board: FS4412
DRAM: 1 GiB
……Loading: * ######################
Starting kernel ...
linux内核启动阶段
Booting Linux on physical CPU 0xa00
Linux version 3.14.0 (david@ubuntu)
CPU: ARMv7 Processor [413fc090] revision 0 (ARMv7), cr=10c5387d
Machine model: Insignal Origen evaluation board based on Exynos4412
IP-Config: Complete:
VFS: Mounted root (nfs filesystem) on device 0:10
根文件系统阶段（可运行应用程序）
[root@farsight ]# ls
a.out dev lib mnt root sys usr
bin etc linuxrc proc sbin tmp va
嵌入式系统 启动流程
//阶段一(汇编）
设置为SVC模式，关闭中断,MMU,看门狗
基本硬件设备初始化 //初始化时钟，串口，flash,内存
自搬移到内存
设置好栈 跳转到C阶段
//阶段二（C语言）
大部分硬件初始化
搬移内核到 内存
运行内核
内核启动流程
a. 自解压内核 decompess (arch/arm/boot/compressed/head.S)
b. 运行内核汇编部分 head.S 入口stext (arch/arm/kernel/head.S)
检测合法性(CPU 类型,机器类型)
c. 运行内核C部分 start_kernel (init/main.c)
CPU,机器参数的安装 setup_arch
中断，定时，终端，内存等最基本的初始化
创建核心进程 kernel_init运行,启动多任务调度
d. 挂载rootfs
e. 运行第一个应用程序init (一般是 linuxrc）
Linux内核调试方法
内核调试方法1：点灯法
ldr r0, =0x11000c40 @GPK2_7 led2
ldr r1, [r0]
bic r1, r1, #0xf0000000
orr r1, r1, #0x10000000
str r1, [r0]
ldr r0, =0x11000c44
mov r1,#0xff
str r1, [r0]
内核调试方法 2：printk打印输出信息
打印函数
puts (内核解压前)
printascii (console初始化前)
printk (内核解压后,信息输出显示是在 console 初始化之后)
打印级别
#define KERN_EMERG "<0>" /* system is unusable */
#define KERN_ALERT "<1>” /* action must be taken immediately */
#define KERN_CRIT "<2>" /* critical conditions */
#define KERN_ERR "<3>" /* error conditions */
#define KERN_WARNING "<4>" /* warning conditions */
#define KERN_NOTICE "<5>" /* normal but significant condition */
#define KERN_INFO "<6>" /* informational */
#define KERN_DEBUG "<7>" /* debug-level messages
printk( KERN_INFO “ \n INFO Level \n”);
通过proc在运行时查看和修改日志级别
cat /proc/sys/kernel/printk 显示 4 4 1 7
echo “7 4 1 7” > /proc/sys/kernel/printk 后
cat /proc/sys/kernel/printk 显示7 4 1 7
内核调试方法 3： OOP内核异常信息
制造错误
修改drivers/char/fs4412_led_drv.c
在s5pv210_led_init函数中int ret=0;下增加下面语句： int *ptr = NULL; *ptr = 0xff;
运行该内核报错
[ 1.165000] Unable to handle kernel NULL pointer dereference at virtual address 00000000
[ 1.170000] pgd = c0004000
[ 1.175000] [00000000] *pgd=00000000
[ 1.175000] Internal error: Oops: 805 [#1] PREEMPT SMP ARM
[ 1.180000] Modules linked in:
[ 1.185000] CPU: 0 PID: 1 Comm: swapper/0 Not tainted 3.14.0 #25
[ 1.190000] task: ee8a0000 ti: ee8a4000 task.ti: ee8a4000
[ 1.195000] PC is at s5pv210_led_init+0x18/0x180
[ 1.200000] LR is at do_one_initcall+0x30/0x144
[ 1.205000] pc : [] lr : [] psr: 60000153
[ 1.205000] sp : ee8a5ef8 ip : c059afac fp : 00000000
[ 1.215000] r10: c052d4fc r9 : c0564b80 r8 : c0242244
[ 1.220000] r7 : c05a3400 r6 : c055134c r5 : 00000000 r4 : ee8a4000
[ 1.230000] r3 : 00000055 r2 : c04c0430 r1 : 00000001 r0 : 1f400000
[ 1.235000] Flags: nZCv IRQs on FIQs off Mode SVC_32 ISA ARM Segment kernel
[ 1.245000] Control: 10c5387d Table: 4000404a DAC: 00000015
[ 1.250000] Process swapper/0 (pid: 1, stack limit = 0xee8a4240)
[ 1.255000] Stack: (0xee8a5ef8 to 0xee8a6000)
找出错位置(arm-none-linux-gnueabi-addr2line)
根据PC is at s5pv210_led_init+0x18/0x180 知道出错的函数是s5pv210_led_init
根据pc : [] 知道出错的位置
#arm-none-linux-gnueabi-addr2line c024225c -e vmlinux -f 在源码中会显示具体出错的位置