学嵌入式不得不知的linux内核

Linux内核基本概念

• 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

• Gentoo Linux
• Asianux
• Slackware Linux
• Turbo Linux
• CentOS
• Debian GNU/Linux
• Red Hat Linux
• Fedora Core
• Ubuntu Linux
• SUSE Linux

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内核模块结构图

编译内核（已移植好的）

• 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

• 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，内存等最基本的运行内核 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 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 printk打印输出信息

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)

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 printk打印输出信息

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”);

内核调试方法 OOP内核异常信息

1. 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;

2. 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 : [<c024225c>]    lr : [<c00087b4>]    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)

3. 找出错位置
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