从MACHINE_START开始

在学习AP20 kernel代码的时候，看到文件kernel/arch/arm/mach-tegra/board-stingray.c

一个重要结构：

MACHINE_START(STINGRAY, "stingray")
.boot_params = 0x00000100,
.map_io = stingray_map_io,
.reserve = stingray_reserve,
.init_early = tegra_init_early,
.init_irq = tegra_init_irq,
.timer = &tegra_timer,
.init_machine = tegra_stingray_init,
MACHINE_END

MACHINE_START主要是定义了"struct machine_desc"的类型，放在 section(".arch.info.init")，是初始化数据，Kernel 起来之后将被丢弃。

其余各个成员函数在setup_arch()中被赋值到内核结构体，在不同时期被调用：

start_kernel()--->setup_arch()--->do_initcalls()--->customize_machine()---> tegra_stingray_init ()

1. .init_machine 在 arch/arm/kernel/setup.c 中被 customize_machine 调用，放在 arch_initcall() 段里面，会自动按顺序被调用。

2. .init_irq在start_kernel() --> init_IRQ() --> init_arch_irq()中被调用

3. .map_io 在 setup_arch() --> paging_init() --> devicemaps_init()中被调用

4. .timer是定义系统时钟，定义TIMER4为系统时钟，在arch/arm/plat-s3c/time.c中体现。在start_kernel() --> time_init()中被调用。

5. .boot_params是bootloader向内核传递的参数的位置，这要和bootloader中参数的定义要一致。

可以参考这个blog

注：下面的内容是以linux-2.6.38和mini6410为例进行学习的。

        玩过或者移植过arm-linux的都应该知道在/arch/arm目录下有许多与具体处理器相关的目录，当然对于6410的话所对应的目录就是mach-s3c64xx，在里面找到与具体板子相关的文件mach-mini6410.c，没错，就是它。无论是出于想移植到新的内核还是出于想深入学习某一款arm等，对这个文件的学习是必不可少的。这个文件大部分内容是对平台设备（例如串口，LCD，Nand falsh等）的结构体初始化，在这个文件的最后有一个非常重要的宏：一般在mach-mini6410.c文件的最后几行：

1 MACHINE_START(MINI6410, "MINI6410")
2         /* Maintainer: Ben Dooks <[email protected]> */
3         .boot_params    = S3C64XX_PA_SDRAM + 0x100,
4 
5         .init_irq       = s3c6410_init_irq,
6         .map_io         = mini6410_map_io,
7         .init_machine   = mini6410_machine_init,
8         .timer          = &s3c24xx_timer,
9 MACHINE_END

MINI6410这个宏在/arch/arm/tools/mach-types文件里定义:

mini6410        MACH_MINI6410        MINI6410        2520

MACHINE_START的定义在arch/arm/include/asm/mach/arch.h，如下：

1 #define MACHINE_START(_type,_name)                      \
2 static const struct machine_desc __mach_desc_##_type    \
3  __used                                                 \
4  __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {    \
5         .nr             = MACH_TYPE_##_type,            \
6         .name           = _name,
7 
8 #define MACHINE_END                             \
9 };

噢，其实就是定义了一个struct machine_desc类型结构体变量，这个结构体还定义了其他一些成员。

接下来着重关注.init_machine这个成员，

init_machine是一个函数指针，值为mini6410_machine_init，这个函数也在mach-mini6410.c中定义。内容是什么呢？呵呵，因为在这里只给出大体流程，具体内容先不分析。现在最关心的是这个结构体变量在哪里被调用，从而调用它里面的成员和成员函数呢？先来看/arch/arm/kernel/setup.c里面的setup_arch()函数：

 1 void __init setup_arch(char **cmdline_p)
 2 {
 3         struct tag *tags = (struct tag *)&init_tags;
 4         struct machine_desc *mdesc;
 5         char *from = default_command_line;
 6 
 7         unwind_init();
 8 
 9         setup_processor();
10         mdesc = setup_machine(machine_arch_type);
11         machine_desc = mdesc;
12         machine_name = mdesc->name;
......................

这个函数在/init/main.c的start_kernel()函数里被调用。

看到第10行，这里的setup_machine()函数的作用就是找到我们想要的struct machine_desc类型的变量，

也就是在mach-mini6410.c里定义那个变量。函数的参数machine_arch_type的值是什么呢？继续看：

 1 #ifdef CONFIG_MACH_MINI6410
 2 # ifdef machine_arch_type
 3 #  undef machine_arch_type
 4 #  define machine_arch_type     __machine_arch_type
 5 # else
 6 #  define machine_arch_type     MACH_TYPE_MINI6410
 7 # endif
 8 # define machine_is_mini6410()  (machine_arch_type == MACH_TYPE_MINI6410)
 9 #else
10 # define machine_is_mini6410()  (0)
11 #endif

第6行，MACH_TYPE_MINI6410宏为:

#define MACH_TYPE_MINI6410             2520

也就是说参数machine_arch_type的值为2520。在setup_machine()函数里主要调用了lookup_machine_type()函数来查找对应的type，应该是出于效率的原因，这个函数是通过汇编实现的，在此就不给出具体代码了。

到这里，知道了在/init/main.c的start_kernel()函数里调用了setup_arch()，

在setup_arch()里找到了具体的struct machine_desc类型的变量，

但是在哪里通过这个变量调用里面的成员或成员函数的呢？

继续找。还是在setup.c里，看到了这样一个函数：

1 static int __init customize_machine(void)
2 {
3         /* customizes platform devices, or adds new ones */
4         if (machine_desc->init_machine)
5                 machine_desc->init_machine();
6         return 0;
7 }
8 arch_initcall(customize_machine);

终于看到了，成员函数init_machine就是在这里被调用的。但是它没有被显式调用，而是放在了arch_initcall这个宏里，去看看它怎么定义的：

#define arch_initcall(fn)               __define_initcall("3",fn,3)

再看__define_initcall宏：

1 #define __define_initcall(level,fn,id) \
2         static initcall_t __initcall_##fn##id __used \
3         __attribute__((__section__(".initcall" level ".init"))) = fn

嗯，它被链接到了.initcall段里，现在简单看看/arch/arm/kernel/vmlinux.lds这个链接脚本里关于initcall的定义：

 1 __initcall_start = .; 
 2 *(.initcallearly.init) __early_initcall_end = .; 
 3 *(.initcall0.init) *(.initcall0s.init) 
 4 *(.initcall1.init) *(.initcall1s.init) 
 5 *(.initcall2.init) *(.initcall2s.init) 
 6 *(.initcall3.init) *(.initcall3s.init) 
 7 *(.initcall4.init) *(.initcall4s.init) 
 8 *(.initcall5.init) *(.initcall5s.init) 
 9 *(.initcallrootfs.init) 
10 *(.initcall6.init) *(.initcall6s.init) 
11 *(.initcall7.init) *(.initcall7s.init) 
12 __initcall_end = .;

可以看到customize_machine()被放到了.initcall3.init里。

说了那么多定义，究竟它在哪里被调用啊？

好吧，它是在/init/main.c里一个叫do_initcalls()的函数里被调用，去看看呗：

1 extern initcall_t __initcall_start[], __initcall_end[], __early_initcall_end[];
2 
3 static void __init do_initcalls(void)
4 {
5         initcall_t *fn;
6 
7         for (fn = __early_initcall_end; fn < __initcall_end; fn++)
8                 do_one_initcall(*fn);
9 }

看到第1行，很熟悉吧。在for循环里依次调用了从__early_initcall_end开始到__initcall_end结束的所有函数。customize_machine()也是在其间被调用。

好了，到这里差不多该结束了，最后总结一下这些函数调用顺序：

start_kernel()--->setup_arch()--->do_initcalls()--->customize_machine()--->mini6410_machine_init()

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MACHINE_START分析

在友善mini2440提供的linux2.6.32.2内核中，有如下定义：
MACHINE_START(MINI2440, "FriendlyARM Mini2440 development board")
.phys_io = S3C2410_PA_UART,
.io_pg_offst = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,
.boot_params = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,


.init_irq = s3c24xx_init_irq,
.map_io = mini2440_map_io,
.init_machine = mini2440_machine_init,
.timer = &s3c24xx_timer,
MACHINE_END


下面分析一下：
在include/asm-arm/mach/arch.h中，有定义
#define MACHINE_START(_type,_name) \
static const struct machine_desc __mach_desc_##_type \
 __used \
 __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = { \
.nr = MACH_TYPE_##_type, \
.name = _name,


#define MACHINE_END \
};


列出machine_desc的定义：
struct machine_desc {
unsigned int nr;
unsigned int phys_io;
unsigned int io_pg_offst;


const char *name;
unsigned long boot_params;


unsigned int video_start;
unsigned int video_end;


unsigned int reserve_lp0 :1;
unsigned int reserve_lp1 :1;
unsigned int reserve_lp2 :1;
unsigned int soft_reboot :1;
void (*fixup)(struct machine_desc *,
struct tag *, char **,
struct meminfo *);
void (*map_io)(void);
void (*init_irq)(void);
struct sys_timer *timer;
void (*init_machine)(void);
};




按定义展开后：
static const struct machine_desc __mach_desc_MINI2440 \
 __used \
 __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {
.nr = MACH_TYPE_MINI2440,
.name = "FriendlyARM Mini2440 development board",
.phys_io = S3C2410_PA_UART,
.io_pg_offst = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,
.boot_params = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,
.init_irq = s3c24xx_init_irq,
.map_io = mini2440_map_io,
.init_machine = mini2440_machine_init,
.timer = &s3c24xx_timer,
};
MACH_TYPE_MINI2440 是mini2440开发板在linux中的机器号。
"FriendlyARM Mini2440 development board"是开发板信息，在终端输入cat /proc/cpuinfo可以查看。


MACHINE_START主要是定义了"struct machine_desc"的类型，放在 section(".arch.info.init")，是初始化数据，Kernel 起来之后将被丢弃。
其余各个成员函数在setup_arch()中被赋值到内核结构体，在不同时期被调用：
1. .init_machine 在 arch/arm/kernel/setup.c 中被 customize_machine 调用，放在 arch_initcall() 段里面，会自动按顺序被调用。
2. .init_irq在start_kernel() --> init_IRQ() --> init_arch_irq()中被调用
3. .map_io 在 setup_arch() --> paging_init() --> devicemaps_init()中被调用
4. .timer是定义系统时钟，定义TIMER4为系统时钟，在arch/arm/plat-s3c/time.c中体现。在start_kernel() --> time_init()中被调用。
5. .boot_params是bootloader向内核传递的参数的位置，这要和bootloader中参数的定义要一致。


其他主要都在 setup_arch() 中用到。 

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在移植Linux时，有个结构体需要填写，它以MACHINE_START开始并以MACHINE_END结束，如下mini2440开发板的移植为示例

MACHINE_START(MINI2440, "MINI2440")
    .phys_io    = S3C2410_PA_UART,
    .io_pg_offst    = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,
    .boot_params    = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,
    .map_io     = mini2440_map_io,
    .init_machine   = mini2440_init,
    .init_irq   = s3c24xx_init_irq,
    .timer      = &s3c24xx_timer,
MACHINE_END

MACHINE_START(MINI2440, "MINI2440")
	.phys_io	= S3C2410_PA_UART,
	.io_pg_offst	= (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,
	.boot_params	= S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,
	.map_io		= mini2440_map_io,
	.init_machine	= mini2440_init,
	.init_irq	= s3c24xx_init_irq,
	.timer		= &s3c24xx_timer,
MACHINE_END

其中MACHINE_START、MACHINE_END都是定义的宏，代码如下

/*
 * Set of macros to define architecture features.  This is built into
 * a table by the linker.
 */
#define MACHINE_START(_type,_name)          \
static const struct machine_desc __mach_desc_##_type    \
 __used                         \
 __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {    \
    .nr     = MACH_TYPE_##_type,        \
    .name       = _name,

#define MACHINE_END             \
};

/*
 * Set of macros to define architecture features.  This is built into
 * a table by the linker.
 */
#define MACHINE_START(_type,_name)			\
static const struct machine_desc __mach_desc_##_type	\
 __used							\
 __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {	\
	.nr		= MACH_TYPE_##_type,		\
	.name		= _name,

#define MACHINE_END				\
};

由上代码可知这两个宏一起定义了一个类型为struct machine_desc的变量，结构体定义如下

struct machine_desc {
    /*
     * Note! The first four elements are used
     * by assembler code in head.S, head-common.S
     */
    unsigned int        nr;     /* architecture number  */
    unsigned int        phys_io;    /* start of physical io */
    unsigned int        io_pg_offst;    /* byte offset for io
                         * page tabe entry  */

    const char      *name;      /* architecture name    */
    unsigned long       boot_params;    /* tagged list      */

    unsigned int        video_start;    /* start of video RAM   */
    unsigned int        video_end;  /* end of video RAM */

    unsigned int        reserve_lp0 :1; /* never has lp0    */
    unsigned int        reserve_lp1 :1; /* never has lp1    */
    unsigned int        reserve_lp2 :1; /* never has lp2    */
    unsigned int        soft_reboot :1; /* soft reboot      */
    void            (*fixup)(struct machine_desc *,
                     struct tag *, char **,
                     struct meminfo *);
    void            (*map_io)(void);/* IO mapping function  */
    void            (*init_irq)(void);
    struct sys_timer    *timer;     /* system tick timer    */
    void            (*init_machine)(void);
};

struct machine_desc {
	/*
	 * Note! The first four elements are used
	 * by assembler code in head.S, head-common.S
	 */
	unsigned int		nr;		/* architecture number	*/
	unsigned int		phys_io;	/* start of physical io	*/
	unsigned int		io_pg_offst;	/* byte offset for io 
						 * page tabe entry	*/

	const char		*name;		/* architecture name	*/
	unsigned long		boot_params;	/* tagged list		*/

	unsigned int		video_start;	/* start of video RAM	*/
	unsigned int		video_end;	/* end of video RAM	*/

	unsigned int		reserve_lp0 :1;	/* never has lp0	*/
	unsigned int		reserve_lp1 :1;	/* never has lp1	*/
	unsigned int		reserve_lp2 :1;	/* never has lp2	*/
	unsigned int		soft_reboot :1;	/* soft reboot		*/
	void			(*fixup)(struct machine_desc *,
					 struct tag *, char **,
					 struct meminfo *);
	void			(*map_io)(void);/* IO mapping function	*/
	void			(*init_irq)(void);
	struct sys_timer	*timer;		/* system tick timer	*/
	void			(*init_machine)(void);
};

这个类型的变量放在内核代码段.arch.info.init中，在内核运行初期，被函数lookup_machine_type（此函数用汇编实现，在汇编文件中）取出，读取流程为

Start_kernel() -> setup_arch() -> setup_machine() -> lookup_machine_type()

在函数setup_machine()中，利用这个结构体类型的变量初始化一些全局变量，以备内核运行时使用，比如

init_arch_irq = mdesc->init_irq;

       system_timer = mdesc->timer;

       init_machine = mdesc->init_machine;

 

这个结构体中，成员init_machine保存的是开发板资源注册的初始化代码，init_irq保存的是中断初始化指针，timer保存的是一个struct sys_timer类型的指针…..如果我们要给自己的开发板定制内核，那么我们必须自己实现以上成员函数，其中函数init_machine()是我们向内核传递开发板设备信息的重要的常规途径，分析mini2440开发板内核移植代码知道，在这个函数中，注册了开发板所用到的所有设备的相关硬件信息！

static void __init mini2440_init(void)
{
    struct mini2440_features_t features = { 0 };
    int i;

    printk(KERN_INFO "MINI2440: Option string mini2440=%s\n",
            mini2440_features_str);

    /* Parse the feature string */
    mini2440_parse_features(&features, mini2440_features_str);

    /* turn LCD on */
    s3c_gpio_cfgpin(S3C2410_GPC(0), S3C2410_GPC0_LEND);

    /* Turn the backlight early on */
    WARN_ON(gpio_request(S3C2410_GPG(4), "backlight"));
    gpio_direction_output(S3C2410_GPG(4), 1);

    /* remove pullup on optional PWM backlight -- unused on 3.5 and 7"s */
    s3c_gpio_setpull(S3C2410_GPB(1), S3C_GPIO_PULL_UP);
    s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB(1), 0);
    s3c_gpio_cfgpin(S3C2410_GPB(1), S3C2410_GPIO_INPUT);

    /* Make sure the D+ pullup pin is output */
    WARN_ON(gpio_request(S3C2410_GPC(5), "udc pup"));
    gpio_direction_output(S3C2410_GPC(5), 0);

    /* mark the key as input, without pullups (there is one on the board) */
    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(mini2440_buttons); i++) {
        s3c_gpio_setpull(mini2440_buttons[i].gpio, S3C_GPIO_PULL_UP);
        s3c_gpio_cfgpin(mini2440_buttons[i].gpio, S3C2410_GPIO_INPUT);
    }
    if (features.lcd_index != -1) {
        int li;

        mini2440_fb_info.displays =
            &mini2440_lcd_cfg[features.lcd_index];

        printk(KERN_INFO "MINI2440: LCD");
        for (li = 0; li < ARRAY_SIZE(mini2440_lcd_cfg); li++)
            if (li == features.lcd_index)
                printk(" [%d:%dx%d]", li,
                    mini2440_lcd_cfg[li].width,
                    mini2440_lcd_cfg[li].height);
            else
                printk(" %d:%dx%d", li,
                    mini2440_lcd_cfg[li].width,
                    mini2440_lcd_cfg[li].height);
        printk("\n");
        s3c24xx_fb_set_platdata(&mini2440_fb_info);
    }

    s3c24xx_udc_set_platdata(&mini2440_udc_cfg);
    s3c24xx_mci_set_platdata(&mini2440_mmc_cfg);
    s3c_nand_set_platdata(&mini2440_nand_info);
    s3c_i2c0_set_platdata(NULL);

    i2c_register_board_info(0, mini2440_i2c_devs,
                ARRAY_SIZE(mini2440_i2c_devs));

    platform_add_devices(mini2440_devices, ARRAY_SIZE(mini2440_devices));

    if (features.count) /* the optional features */
        platform_add_devices(features.optional, features.count);

}

static void __init mini2440_init(void)
{
	struct mini2440_features_t features = { 0 };
	int i;

	printk(KERN_INFO "MINI2440: Option string mini2440=%s\n",
			mini2440_features_str);

	/* Parse the feature string */
	mini2440_parse_features(&features, mini2440_features_str);

	/* turn LCD on */
	s3c_gpio_cfgpin(S3C2410_GPC(0), S3C2410_GPC0_LEND);

	/* Turn the backlight early on */
	WARN_ON(gpio_request(S3C2410_GPG(4), "backlight"));
	gpio_direction_output(S3C2410_GPG(4), 1);

	/* remove pullup on optional PWM backlight -- unused on 3.5 and 7"s */
	s3c_gpio_setpull(S3C2410_GPB(1), S3C_GPIO_PULL_UP);
	s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB(1), 0);
	s3c_gpio_cfgpin(S3C2410_GPB(1), S3C2410_GPIO_INPUT);

	/* Make sure the D+ pullup pin is output */
	WARN_ON(gpio_request(S3C2410_GPC(5), "udc pup"));
	gpio_direction_output(S3C2410_GPC(5), 0);

	/* mark the key as input, without pullups (there is one on the board) */
	for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(mini2440_buttons); i++) {
		s3c_gpio_setpull(mini2440_buttons[i].gpio, S3C_GPIO_PULL_UP);
		s3c_gpio_cfgpin(mini2440_buttons[i].gpio, S3C2410_GPIO_INPUT);
	}
	if (features.lcd_index != -1) {
		int li;

		mini2440_fb_info.displays =
			&mini2440_lcd_cfg[features.lcd_index];

		printk(KERN_INFO "MINI2440: LCD");
		for (li = 0; li < ARRAY_SIZE(mini2440_lcd_cfg); li++)
			if (li == features.lcd_index)
				printk(" [%d:%dx%d]", li,
					mini2440_lcd_cfg[li].width,
					mini2440_lcd_cfg[li].height);
			else
				printk(" %d:%dx%d", li,
					mini2440_lcd_cfg[li].width,
					mini2440_lcd_cfg[li].height);
		printk("\n");
		s3c24xx_fb_set_platdata(&mini2440_fb_info);
	}

	s3c24xx_udc_set_platdata(&mini2440_udc_cfg);
	s3c24xx_mci_set_platdata(&mini2440_mmc_cfg);
	s3c_nand_set_platdata(&mini2440_nand_info);
	s3c_i2c0_set_platdata(NULL);

	i2c_register_board_info(0, mini2440_i2c_devs,
				ARRAY_SIZE(mini2440_i2c_devs));

	platform_add_devices(mini2440_devices, ARRAY_SIZE(mini2440_devices));

	if (features.count)	/* the optional features */
		platform_add_devices(features.optional, features.count);

}

那么成员函数init_machine什么时候被调用呢？

在函数setup_machine()中有一条语句init_machine = mdesc->init_machine;其中init_machine为全局函数指针变量，此变量在函数customize_machine()中被调用,代码如下所示：

static int __init customize_machine(void)

{

       /* customizes platform devices, or adds new ones */

       if (init_machine)

              init_machine();

       return 0;

}

arch_initcall(customize_machine);

static int __init customize_machine(void)

{

       /* customizes platform devices, or adds new ones */

       if (init_machine)

              init_machine();

       return 0;

}

arch_initcall(customize_machine);

在MACHINE_START与MACHINE_END之间还要填写一些参数，参照结构体注释小心填写即可，最好找个例子参考参考。