Linux 嵌入式启动以及优化

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以前写了一篇Linux PC启动过程的日记,最近项目中,想优化一下启动过程,减少启动时间.因此研究了我们项目的启动全过程. 第一步: BootLoader -- U boot   1 在cpu/arm926ejs/start.s中    a) b reset ; //jump to reset    b) set cpsr ;svc mode ,disable I,F interrupt    c)调用lowlevel_init  (在board\xxxx\lowlevel_init.S中        将调用 __platform_cmu_init (设置cpu时钟，启动那些模块等）               __platform_mpmc_init (mpmc初始化，配置SDRAM时序）             __platform_static_memory_init             __platform_static_uart_init             __platform_mpmc_clear            d) 用LDMIA,STMIA命令 copy uboot 到内存中    e) ldr pc ,_start_armboot       执行start_armboot   2 start_armboot 在 lib-arm中     a)根据init_sequence 执行初始化序列          包括：cpu_init                board_init                中断初始化                initialize environment                initialze baudrate settings                serial communications setup                打印uboot 版本                display_dram_config (打印DRAM大小）     而在board_init中         将打印公司名称 ，前后还加了delay         timer 初始化         dw_init --- I2C 设置         验证时钟来源 （来自wifi还是DECT)         LCD初始化         键盘初始化         Flash 初始化  (空函数）         网卡初始化   （其中有个udelay(1000) 1ms的delay )     b)  NOR FLASH 初始化         display_flash_config （打印Flash大小）     c) nand 初始化 （将scan整个nand chip,建立 bbt table)     d)  env_relocate 环境变量重新定位到内存中     e) 得到IP 地址和网卡 MAC地址     f)  devices_init     g) 中断enable           然后：    start_armboot --> main_loop  3 main_loop在 common/main.c中    getenv("bootdelay")          --> 循环 readline              run_command 第二步: Kernel a) Kernel自解压 arch\arm\boot\compressed\head.S中调用decompress_kernel(misc.c),完了打印出"done,booting the kernel" 然后根据arch_id = 多少,打印出 arch_id b) 在arch\arm\kernel\head.S中   check cpu 以及 machine ID   build the initial 页表   _switch_data (arm\kernel\head_common.s中) 将process id存入process_id变量中   start_kernel c) start_kernel  1) 打印Linux version information  2) call setup_arch,(它将打印cpu特定的信息,machine look_machine_type ->arm\tools\mach_types look_processor_type --> .proc.info.init. -->arm\mm\proc_arm926.S 在 /arm\mach_xx\xx.c中,有MACHINE_START(....)  3) 打印commnad_line  4) 初始化 vfs_caches_init 虚拟文件系统VFS初始化,主要初始化dentry等,它将调用 mnt_init. 而mnt_init将调用init_rootfs,注册rootfs文件系统,init_mount_tree()创建rootfs文件系统,会把rootfs挂载到/目录. 5) rest_init   启动init kernel thread 在init 线程中:    1)populate_rootfs()     函数负责加载initramfs.     我们的系统没有定义CONFIG_BLK_DEV_INITRD,因此populate_rootfs什么也没做   2) do_basic_setup   -->driver_init()->platform_bus_init()->...初始化platform bus(虚拟总线) 这样以后设备向内核注册的时候platform_device_register()->platform_device_add()->...内核把设备挂在虚拟的platform bus下, 驱动注册的时候 platform_driver_register()->driver_register()->bus_add_driver()->driver_attach()->bus_for_each_dev() 对每个挂在虚拟的platform bus的设备作 __driver_attach()->driver_probe_device()->drv->bus->match()==platform_match()-& gt;比较strncmp(pdev->name, drv->name, BUS_ID_SIZE)，如果相符就调用platform_drv_probe()->driver->probe()，如果probe成功则绑定该设备到该驱动.  好象声卡怎么先注册驱动,再注册设备呢?反了?            -->do_initcalls    而do_initcalls将调用__initcall_start到__initcall_end中的所有函数 __initcall_start和__initcall_end定义在arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S中 它是这样定义的:  __initcall_start = .;    *(.initcall1.init)    *(.initcall2.init)    *(.initcall3.init)    *(.initcall4.init)    *(.initcall5.init)    *(.initcall6.init)    *(.initcall7.init)   __initcall_end = .; 而在include/linux/init.h中 #define core_initcall(fn)  __define_initcall("1",fn) #define postcore_initcall(fn)  __define_initcall("2",fn) #define arch_initcall(fn)  __define_initcall("3",fn) #define subsys_initcall(fn)  __define_initcall("4",fn) #define fs_initcall(fn)   __define_initcall("5",fn) #define device_initcall(fn)  __define_initcall("6",fn) #define late_initcall(fn)  __define_initcall("7",fn) 其中 #define __define_initcall(level,fn) \  static initcall_t __initcall_##fn __attribute_used__ \  __attribute__((__section__(".initcall" level ".init"))) = fn 这说明core_initcall宏的作用是将函数指针(注意不是函数体本身)将放在.initcall1.init section 中,而device_initcall宏将函数指针将放在.initcall6.init section 中.   函数本身用_init标识,在include/linux/init.h中 #define __init  __attribute__ ((__section__ (".init.text")))   这些_init函数将放在.init.text这个区段内.函数的摆放顺序是和链接的顺序有关的，是不确定的。   因此函数的调用顺序是: core_initcall postcore_initcall 如amba_init arch_init         如 subsys_initcall   fs_initcall device_initcall ---> module_init late_initcall  先调用core_initcall区段中的函数,最后调用late_initcall中的函数,而对于上述7个区段中每个区段中的函数指针,由于其摆放顺序和链接的顺序有关的，是不确定的,因此其调用顺序也是不确定的.  3) rootfs 加载   prepare_namespace 挂载真正的根文件系统,   在do_mounts.c中: static int __init root_dev_setup(char *line) {  strlcpy(saved_root_name, line, sizeof(saved_root_name));  return 1; } __setup("root=", root_dev_setup); 也就是说:在bootargs中root=/dev/nfs rw 或者root=/dev/mtdblock4等将传入saved_root_name. void __init prepare_namespace(void) {  int is_floppy;  mount_devfs();  if (root_delay) {   printk(KERN_INFO "Waiting %dsec before mounting root device...\n",          root_delay);   ssleep(root_delay);  }  md_run_setup();  if (saved_root_name[0]) {   root_device_name = saved_root_name; //保存在root_device_name中   ROOT_DEV = name_to_dev_t(root_device_name); //在root_dev.h中定义了Root_NFS,Root_RAM0等结点号   if (strncmp(root_device_name, "/dev/", 5) == 0)    root_device_name += 5;  }  is_floppy = MAJOR(ROOT_DEV) == FLOPPY_MAJOR;  if (initrd_load())   goto out;  if (is_floppy && rd_doload && rd_load_disk(0))   ROOT_DEV = Root_RAM0;  mount_root();                     //加载rootfs out:  umount_devfs("/dev");  sys_mount(".", "/", NULL, MS_MOVE, NULL);  sys_chroot(".");  security_sb_post_mountroot();  mount_devfs_fs (); } 4)yaffs2_read_super被调用来建立文件系统,它scan所有的block  5) free_initmem    释放init 内存  6)打开/dev/console 失败则会打印:  printk(KERN_WARNING "Warning: unable to open an initial console.\n");  7) 判断是否有execute_command,这个参数是在uboot参数的bootargs中init=xxx ,如果定义了的话 则执行 run_init_process(execute_command).   可以通过这种方法实现自己的init process,  或者可以 init=/linuxrc ,这样执行linuxrc 8) 如果没有execute_command,init kernel线程缺省的也是最后的步骤是:  run_init_process("/sbin/init");  run_init_process("/etc/init");  run_init_process("/bin/init");  run_init_process("/bin/sh"); 如果/sbin/init没有,则执行/etc/init. /etc/init没有则执行/bin/init ,如果这四者都没有,则Linux打印 panic("No init found.  Try passing init= option to kernel."); 第三步: Init Process run_init_process也就是调用execve,这样就启动了init process 上面的/sbin/init,/etc/init,/bin/init,/bin/sh这四者都指向busybox ,但对于/bin/sh则只是打开shell,然后等待用户命令.  而对于/sbin/init ,将分析/etc/inittab. 在/etc/inittab中,   1) id:5:initdefault:        缺省的runlevel x   2) si::sysinit:/etc/init.d/rcS        执行 rcS脚本  3) l5:5:wait:/etc/init.d/rc 5 4)S:2345:respawn:/sbin/getty 38400 ttyDW0 getty 提示用户输入username ,然后调用login,login的参数为username ，登录后启动了shell  如果修改为 /bin/sh 则直接启动shell,此时你可以输入命令 比如ls 在/etc/init.d/rcS中    a) mount proc 文件系统   b) /etc/default/rcS (设置一些参数）  c)exec /etc/init.d/rc S      执行 /etc/init.d/rc S -->这样将执行/etc/rcS.d中以S开头的脚本       S00psplash.sh                psplash     S02banner.sh                  make node /dev/tty    S03sysfs.sh                    mount sysfs     S03udev                       启动udev    S06alignment.sh              为什么为3？   S10checkroot.sh               读取fatab ,mount 这些文件系统   S20modutils.sh                加载module   S35mountall.sh                  不做什么事情 S37populate-volatile.sh S38devpts.sh                     mount devpts File System S39hostname.sh                  set hostname to /etc/hostname S40networking                   ifup -a to up the lo interface S45mountnfs.sh                  read /etc/fstab to whether  NFS exists                                   and then mount the NFS S55bootmisc.sh                   调用/etc/init.d/hwclock.sh去设置时间,日期等 S60ldconfig.sh                   ldconfig建立库的路径  l5:5:wait:/etc/init.d/rc 5将执行 /etc/rc5.d/ 依次为： S00qpe                                启动qpe S02dbus-1                          D_BUS  dameon S10dropbear                      SSH service S20cron                             自动执行指定任务的程序 cron , in etc/crontab , ntpd will run to get the NTP time S20ntpd                              Not used ,  should delete S20syslog                          run /sbin/klogd S39wifiinit.sh                 wifi init and calibration S70regaccess                  mknod regaccess.ko S99rmnologin.sh              do nothing since DELAYLOGIN = no in /etc/default/rcS 整个系统启动后 ，将有 25 个进程 ：其中12个内核的进程 ，13个用户进程   1 root       1488 S   init [5]       2 root            SWN [ksoftirqd/0]     3 root            SW< [events/0]     4 root            SW< [khelper]     5 root            SW< [kthread]    12 root            SW< [kblockd/0]    13 root            SW< [kseriod]    41 root            SW  [pdflush]    42 root            SW  [pdflush]    43 root            SW  [kswapd0]    44 root            SW< [aio/0]   152 root            SW  [mtdblockd]   208 root       1700 S < /sbin/udevd -d   343 root      36104 S   qpe   357 messagebus   2080 S   /usr/bin/dbus-daemon --system   361 root       2072 S   /usr/sbin/dropbear -r /etc/dropbear/dropbear_rsa_host   364 root       1656 S   /usr/sbin/cron   369 root       2712 S   /sbin/klogd -n   394 root       2884 S   -sh   400 root      20396 S   /opt/Qtopia/bin/MainMenu -noshow   401 root      19196 S   /opt/Qtopia/bin/Settings -noshow   402 root      20504 S   /opt/Qtopia/bin/Organizer -noshow   403 root      20068 S   /opt/Qtopia/bin/Photo -noshow   404 root      34488 S N /opt/Qtopia/bin/quicklauncher   411 root      34488 S N /opt/Qtopia/bin/quicklauncher 优化： uboot : 1) setenv bootcmd1 "nand read.jffs2 0x62000000 kernel 0x180000 ; bootm 62000000" 这样 load内核的时候 从以前0x300000的3M->1.5M 省1S 2)setenv bootdelay 1 从2变为0 加上CONFIG_ZERO_BOOTDELAY_CHECK 3) quiet=1 bootargs=root=/dev/mtdblock4 rootfstype=yaffs2 console=ttyDW0 mem=64M mtdparts=dwnand:3m(kernel),3m(splash),64m(rootfs),-(userdata);dwflash.0:384k(u-boot),128k(u-boot_env) quiet 加上quiet 省不到1S 4)启动的时候不扫描整个芯片的坏块，因为uboot只会用到kernel和splash区，只需要检验这两个区的坏块。   可以省不到 0.2s ,没什么明显的改进 5) 将环境变量verify 设置为n ,这样load kernel 后，不会去计算校验 kernel image的checksum 6)开始打印公司 这些可以去掉 ，在这里还有delay ,以及其他的一些不必要的打印 ,一起去掉 7)修改memcpy函数 在./lib_generic/string.c下： /* Nonzero if either X or Y is not aligned on a "long" boundary.  */ #define UNALIGNED(X, Y) \   (((long)X & (sizeof (long) - 1)) | ((long)Y & (sizeof (long) - 1))) /* How many bytes are copied each iteration of the 4X unrolled loop.  */ #define BIGBLOCKSIZE    (sizeof (long) << 2) /* How many bytes are copied each iteration of the word copy loop.  */ #define LITTLEBLOCKSIZE (sizeof (long)) /* Threshhold for punting to the byte copier.  */ #define TOO_SMALL(LEN)  ((LEN) < BIGBLOCKSIZE) void * memcpy(void * dst0,const void *src0,size_t len0) {   char *dst = dst0;   const char *src = src0;   long *aligned_dst;   const  long *aligned_src;   int   len =  len0;   /* If the size is small, or either SRC or DST is unaligned,      then punt into the byte copy loop.  This should be rare.  */   if (!TOO_SMALL(len) && !UNALIGNED (src, dst))     {       aligned_dst = (long*)dst;       aligned_src = (long*)src;       /* Copy 4X long words at a time if possible.  */       while (len >= BIGBLOCKSIZE)         {           *aligned_dst++ = *aligned_src++;           *aligned_dst++ = *aligned_src++;           *aligned_dst++ = *aligned_src++;           *aligned_dst++ = *aligned_src++;           len -= BIGBLOCKSIZE;         }       /* Copy one long word at a time if possible.  */       while (len >= LITTLEBLOCKSIZE)         {           *aligned_dst++ = *aligned_src++;           len -= LITTLEBLOCKSIZE;         }        /* Pick up any residual with a byte copier.  */       dst = (char*)aligned_dst;       src = (char*)aligned_src;     }   while (len--)     *dst++ = *src++;   return dst0; } (在linux 中，arm 的memcpy 有优化的版本 ， 在/arch/arm/lib/memcpy.S中） 下面2个建议，没试过： 8）在环境变量区的末尾， 存有CRC，启动的时候会校验CRC ,去掉可以省一些时间 9）把一些驱动的初始化在正常启动的时候不执行，当用户按了键，进入uboot命令模式的时候执行 10) 修改SDRAM控制器时序 Kernel : 启动时间 有两种方法 ： 1 在u-boot的 bootargs 中加上参数 time 2 在内核的 kernel hacking 中 选择 PRINTK_TIME 方法2的好处是可以得到内核在解析command_line 前所有信息的时间,而之前会有：打印linux 版本信息，CPU D cache , I cache 等等 。。。 启动完后 用 ： dmesg -s 131072 > ktime 然后用 ： /usr/src/linux-x.xx.xx/s/show_delta ktime > dtime 这样得到启动内核时间的报告 1)修改Nand驱动 提高读速度 2）从 JFFS2 换成 yaffs 3)kernel变为非压缩的image ,但这样的话内核变大了，从NAND中搬运内核的时间将变长 ，所以需要测试是否    使得时间变短  建议： 4)把delay的 calibration 去掉 上面改动后 基本上8s从开机到 Freeing init memory Application : 1 udev 启动 很花时间 2 安排好启动顺序。