arm linux 从入口到start_kernel 代码分析 - 1
本文针对arm linux, 从kernel的第一条指令开始分析,一直分析到进入start_kernel()函数.
我们当前以linux-2.6.19内核版本作为范例来分析,本文中所有的代码,前面都会加上行号以便于和源码进行对照.
例:
在文件init/main.c中:
00478: asmlinkage void __init start_kernel(void)
前面的"00478:" 表示478行,冒号后面的内容就是源码了.
在分析代码的过程中,我们使用缩进来表示各个代码的调用层次.
由于启动部分有一些代码是平台特定的,虽然大部分的平台所实现的功能都比较类似,但是为了更好的对code进行说明,对于平台相关的代码,我们选择at91(ARM926EJS)平台进行分析.
另外,本文是以uncompressed kernel开始讲解的.对于内核解压缩部分的code,在arch/arm/boot/compressed中,本文不做讨论.
一. 启动条件
通常从系统上电到执行到linux kenel这部分的任务是由bootloader来完成.
关于boot loader的内容,本文就不做过多介绍.
这里只讨论进入到linux kernel的时候的一些限制条件,这一般是bootloader在最后跳转到kernel之前要完成的:
1.CPU必须处于SVC(supervisor)模式,并且IRQ和FIQ中断都是禁止的;
2. MMU(内存管理单元)必须是关闭的, 此时虚拟地址对物理地址;
3. 数据cache(Data cache)必须是关闭的
4. 指令cache(Instructioncache)可以是打开的,也可以是关闭的,这个没有强制要求;
5. CPU 通用寄存器0 (r0)必须是 0;
6. CPU 通用寄存器1 (r1)必须是 ARM Linux machine type(关于machine type, 我们后面会有讲解)
7. CPU 通用寄存器2 (r2) 必须是 kernel parameter list的物理地址(parameter list 是由bootloader传递给kernel,用来描述设备信息属性的列表,详细内容可参考"Booting ARM Linux"文档).
二. starting kernel
首先，我们先对几个重要的宏进行说明(我们针对有MMU的情况)：
宏 位置 默认值 说明
KERNEL_RAM_ADDR arch/arm/kernel/head.S+26 0xc0008000 kernel在RAM中的的虚拟地址
PAGE_OFFSET include/asm-arm/memeory.h+50 0xc0000000 内核空间的起始虚拟地址
TEXT_OFFSET arch/arm/Makefile+137 0x00008000 内核相对于存储空间的偏移
TEXTADDR arch/arm/kernel/head.S+49 0xc0008000 kernel的起始虚拟地址
PHYS_OFFSET include/asm-arm/arch-xxx/memory.h 平台相关 RAM的起始物理地址
内核的入口是stext,这是在arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S中定义的:
00011: ENTRY(stext)
对于vmlinux.lds.S,这是ldscript文件,此文件的格式和汇编及C程序都不同,本文不对ldscript作过多的介绍,只对内核中用到的内容进行讲解,关于ld的详细内容可以参考ld.info
这里的ENTRY(stext) 表示程序的入口是在符号stext.
而符号stext是在arch/arm/kernel/head.S中定义的:
下面我们将arm linuxboot的主要代码列出来进行一个概括的介绍,然后,我们会逐个的进行详细的讲解.
在arch/arm/kernel/head.S中 72 - 94 行,是arm linuxboot的主代码:
00072:ENTRY(stext)
00073: msr cpsr_c, #PSR_F_BIT |PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
00074: @and irqsdisabled
00075: mrc p15, 0, r9, c0,c0 @ get processorid
00076: bl __lookup_processor_type @r5=procinfor9=cpuid
00077: movs r10,r5 @invalid processor (r5=0)?
00078: beq __error_p @yes, error'p'
00079: bl __lookup_machine_type @r5=machinfo
00080: movs r8,r5 @invalid machine (r5=0)?
00081: beq __error_a @yes, error'a'
00082: bl __create_page_tables
00083:
00084:
00091: ldr r13,__switch_data @ address to jumpto after
00092: @mmu has beenenabled
00093: adr lr,__enable_mmu @ return (PIC)address
00094: add pc, r10,#PROCINFO_INITFUNC
其中,73行是确保kernel运行在SVC模式下,并且IRQ和FIRQ中断已经关闭,这样做是很谨慎的.
arm linux boot的主线可以概括为以下几个步骤:
1. 确定 processortype (75 - 78行)
2. 确定 machinetype (79 - 81行)
3.创建页表 (82行)
4.调用平台特定的__cpu_flush函数 (在struct proc_info_list中) (94行)
5.开启mmu (93行)
6. 切换数据 (91行)
最终跳转到start_kernel (在__switch_data的结束的时候,调用了 b start_kernel)
下面,我们按照这个主线,逐步的分析Code.