Linux内核在arm上的启动过程
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Linux内核加载过程
通常，Linux内核都是经过gzip加载过之后的映像文件。
- bootloader复制压缩内核到内存空间。
- 内核自解压。
- 运行内核。
编译完成的Linux内核存放在哪里？
- ./vmlinux elf格式未压缩内核。
- arch/arm/boot/compressed/vmlinux 压缩以后的elf格式内核。
- arch/arm/boot/zImage 压缩内核。
压缩内核（zImage）的入口
-
/arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds 该文件为编译器指定link顺序。
-
ENTRY(_start) 压缩内核从.start段开始执行。
-
在/arch/arm/boot/compressed/head.S中执行以下爱操作：
（1）检测系统空间。 （2）初始化C代码空间。 （3）跳转到C代码decompress_kernel， arch/arm/boot/compressed/misc.c中。
解压之前的串口输出
- include/asm-arm/arch-s3c2410/uncompress.h 中定义了puts作为串口输出函数。
- 解压结束之后，程序跳转到r5：解压之后内核的起始地址。
开始真正的Linux内核
1、入口在arch/arm/kernel/head-armv.S
2、查找处理器类型
__lookup_processor_type
__lookup_architecture_type
3、初始化页表：__creat_page_tables
4、初始化C代码空间
5、跳转到C代码中，start_kernel
ARM的MMU单元
MMU：内存管理单元
作用：
- 虚拟地址到物理地址的映射
- 存储器访问权限
- 控制Cache
通过MMU的访存
- MMU会先查找TLB中的虚拟地址表
- 如果TLB中没有虚拟地址的入口，硬件从主存储器中的转换表中获取转换与访问权限。
ARM的MMU访存原理
ARM的MMU页表格式
MMU支持基于节或者页的存储器访问。
- 节：1MB的存储器块
- 大页：64KB的存储器块
- 小页：4KB的存储器块
- 微页：1KB的存储器块
页表的级别
存在主存储器内的转换页表有两个级别：
- 第一级表：存储节转换表与指向第二级表的指针
- 第二级表：
（1）存储大页和小页的转换表。
（2）存储微页的转换表。
一级页表的地址
第一级表占用空间16KB，必须16KB对齐
第一级描述符
一级表每个入口描述了它所关联的1MB虚拟地址是如何映射的。
节描述符
- Bits[1:0] 描述符类型（10b 表示节描述符）
- Bits[3:2] 高速缓存（cache）和缓冲位（buffer）
- Bits[4] 由具体实现定义
- Bits[8:5] 控制的节的16 种域之一
- Bits[9] 现在没有使用，应该为零
- Bits[11:10] 访问控制（AP）
- Bits[19:12] 现在没有使用，应该为零
- Bits[31:20] 节基址，形成物理地址的高12 位
节的转换过程
临时内核页表的创建 __create_page_tables
__create_page_tables:
pgtbl r4 @ page table address 0x30008000-0x4000
mov r0, r4 @r0=0x30004000
mov r3, #0
add r2, r0, #0x4000
1: str r3, [r0], #4
str r3, [r0], #4
str r3, [r0], #4
str r3, [r0], #4
teq r0, r2
bne 1b
把一级页表0x30004000-0xa0080000清空
krnladr r2, r4 @ start of kernel
r4=0xa0004000，r2 = 内核起始地址所在1MB对齐空间，0x30000000
add r3, r8, r2 @ flags + kernel base
r8 为从处理器信息中得到的MMU 页表标志，r8=0xc0e, r3=0x30000c0e
str r3, [r4, r2, lsr #18]@ identity mapping
地址:0x300068000, value:0x30000c0e
add r0, r4, #(TEXTADDR & 0xff000000) >> 18
@ start of kernel
bic r2, r3, #0x00f00000
str r2, [r0] @ PAGE_OFFSET + 0MB
add r0, r0, #(TEXTADDR & 0x00f00000) >> 18
str r3, [r0], #4 @ KERNEL + 0MB
映射表内容
映射结果
进入C代码
init/main.c中的start_kernel函数，进入到了Linux内核代码中。
- printk函数
- 重新初始化页表
- 初始化中断，trap_init
- 设置系统定时器、控制台…
- 创建内核进程init