ARM-Linux移植之(一)——内核启动流程分析

ARM-Linux内核移植之(一)——内核启动流程分析

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内核版本:2.6.22 为什么要采用这样一个较低的版本进行移植了,因为韦东山大牛说了,低版本的才能学到东西,越是高版本需要移植时做的工作量越少,学的东西越少。

内核启动分为三个阶段,第一是运行head.S文件和head-common.S,第三个阶段是允许第二是运行main.c文件

对于ARM的处理器,内核第一个启动的文件是arc/arm/kernel下面的head.S文件。当然arc/arm/boot/compress下面也有这个文件,这个文件和上面的文件略有不同,当要生成压缩的内核时zImage时,启动的是后者,后者与前者不同的时,它前面的代码是做自解压的,后面的代码都相同。我们这里这分析arc/arm/kernel下面的head.S文件。当head.S所作的工作完成后它会跳到init/目录下跌的main.c的start_kernel函数开始执行。

第一阶段:

首先截取部分head.S文件

ENTRY(stext)

msr cpsr_c,#PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode

@ andirqs disabled

mrc p15,0, r9, c0, c0 @ get processor id

bl __lookup_processor_type @ r5=procinfo r9=cpuid

movs r10,r5 @ invalidprocessor (r5=0)?

beq __error_p @ yes, error 'p'

bl __lookup_machine_type @ r5=machinfo

movs r8,r5 @ invalidmachine (r5=0)?

beq __error_a @ yes, error 'a'

bl __create_page_tables

/*

*The following calls CPU specific code in a position independent

*manner. See arch/arm/mm/proc-*.S fordetails. r10 = base of

*xxx_proc_info structure selected by __lookup_machine_type

*above. On return, the CPU will be readyfor the MMU to be

*turned on, and r0 will hold the CPU control register value.

*/

ldr r13,__switch_data @ address to jump toafter

@ mmuhas been enabled

adr lr,__enable_mmu @ return (PIC)address


第一步,执行的是__lookup_processor_type,这个函数是检查处理器型号,它读取你的电路板的CPU型号与内核支持的处理器进行比较看是否能够处理。这个我们不关心它的具体实现过程,因为现在主流处理器内核都提供了支持。

第二步,执行的是__lookup_machine_type,这个函数是来检查机器型号的,它会读取你bootloader传进来的机器ID和他能够处理的机器ID进行比较看是否能够处理。内核的ID号定义在arc/arm/tool/mach_types文件中MACH_TYPE_xxxx宏定义。内核究竟就如何检查是否是它支持的机器的呢?实际上每个机器都会在/arc/arm/mach-xxxx/smdk-xxxx.c文件中有个描述特定机器的数据结构,如下



MACHINE_START和 MACHINE_END实际上被展开成一个结构体



于是上面的数据结构就被展开为



每个机器都会有一个machine_desc__mach_desc结构,内核通过检查每个machine_desc__mach_desc的nr号和bootloader传上来的ID进行比较,如果相同,内核就认为支持该机器,而且内核在后面的工作中会调用该机器的machine_desc__mach_desc_结构中的方法进行一些初始化工作。

第三步,创建一级页表。

第四步,在R13中保存__switch_data 这个函数的地址,在第四步使能mmu完成后会跳到该函数执行。

第五步,执行的是__enable_mmu,它是使能MMU,这个函数调用了__turn_mmu_on函数,让后在_turn_mmu_on在最后将第三步赋给R13的值传给了PC指针 (mov pc, r13),于是内核开始跳到__switch_data这个函数开始执行。

我们再来看arch/arm/kenel/head-common.S这个文件中的__switch_data函数



这个函数做的工作是,复制数据段清楚BBS段,设置堆在指针,然后保存处理器内核和机器内核等工作,最后跳到start_kernel函数。于是内核开始执行第二阶段。

第二阶段:

我们再来看init/目录下的main.c的start_kernel函数,这里我只截图了部分。



从上面可以看出start_kernel首先是打印内核信息,然后对bootloader传进来的一些参数进行处理,再接着执行各种各样的初始化,在这其中会初始化控制台。最后会调用rest_init();

我们再来看rest_init()函数

他启动了kernel_init这个函数,再来看kerne_init函数

kernel_init先调用了prepare_namespace();然后调用了init_post函数

可以看出prepare_namespace调用了mount_root挂接根文件系统。接着kernel_init再执行init_post


注意上面的run_init_process的会等待init进程返回才往后面执行,所有它一旦找到一个init可执行的文件它将一去不复返。

综上,内核启动的过程大致为以下几步:

1.检查CPU和机器类型

2.进行堆栈、MMU等其他程序运行关键的东西进行初始化

3.打印内核信息

4.执行各种模块的初始化

5.挂接根文件系统

6.启动第一个init进程

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