linux 216 启动流程分析Word文档下载推荐.docx
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unsignedintperm;
param_set_fnset;
param_get_fnget;
void*arg;
};
__param这个段的声明有些平台是在arch/../../vmlinux.lds.S，而大多数平台是放到
kernel\include\asm-generic\vmlinux.lds.h中，定义如下：
__param:
AT（ADDR（__param）-LOAD_OFFSET）{
VMLINUX_SYMBOL（__start___param）=.;
*（__param）
VMLINUX_SYMBOL（__stop___param）=.;
}
内核启动时就会对字符串命令进行解析，在kernel\init\main.c中，内核启动函数start_kernel中
对外部数组进行了声明：
externstructkernel_param__start___param[],__stop___param[];
然后调用函数parse_args对数组进行解析：
parse_args（"
Bootingkernel"
command_line,__start___param,
__stop___param-__start___param,
&
unknown_bootoption）;
其中command_line就是要解析的字符串命令行，unknown_bootoption是函数指针，它用来获取指定参数的=右边的值。
parse_args就会在数组中找到和nousb名称一样的kernel_param变量，并调用它的set函数对其进行付值。
内核启动地址的确定
内核编译链接过程是依靠vmlinux.lds文件，以arm为例vmlinux.lds文件位于kernel/arch/arm/vmlinux.lds，
但是该文件是由vmlinux-armv.lds.in生成的，根据编译选项的不同源文件还可以是vmlinux-armo.lds.in，
vmlinux-armv-xip.lds.in。
vmlinux-armv.lds的生成过程在kernel/arch/arm/Makefile中
LD
=arch/arm/vmlinux-armv.lds.in
arch/arm/vmlinux.lds:
arch/arm/Makefile$（LD）\
$（wildcardinclude/config/cpu/32.h）\
$（wildcardinclude/config/cpu/26.h）\
$（wildcardinclude/config/arch/*.h）
@echo'
Generating$@'
@sed'
s/TEXTADDR/$（TEXTADDR）/;
s/DATAADDR/$（DATAADDR）/'
$（LD）>
$@
vmlinux-armv.lds.in文件的内容：
OUTPUT_ARCH（arm）
ENTRY（stext）
SECTIONS
{
.=TEXTADDR;
.init:
{
/*Initcodeanddata
*/
_stext=.;
__init_begin=.;
*（.text.init）
__proc_info_begin=.;
*（.proc.info）
__proc_info_end=.;
__arch_info_begin=.;
*（.arch.info）
__arch_info_end=.;
__tagtable_begin=.;
*（.taglist）
__tagtable_end=.;
*（.data.init）
.=ALIGN（16）;
__setup_start=.;
*（.setup.init）
__setup_end=.;
__initcall_start=.;
*（.initcall.init）
__initcall_end=.;
.=ALIGN（4096）;
__init_end=.;
}
其中TEXTADDR就是内核启动的虚拟地址，定义在kernel/arch/arm/Makefile中：
ifeq（$（CONFIG_CPU_32）,y）
PROCESSOR
=armv
TEXTADDR
=0xC0008000
endif
需要注意的是这里是虚拟地址而不是物理地址。
一般情况下都在生成vmlinux后，再对内核进行压缩成为zImage，压缩的目录是kernel/arch/arm/boot。
下载到flash中的是压缩后的zImage文件，zImage是由压缩后的vmlinux和解压缩程序组成，如下图所示：
|-----------------|\
|-----------------|
|
|\
|
\
|decompresscode|
vmlinux
\|-----------------|
zImage
\|
/|-----------------|
/
|/
|-----------------|/
zImage链接脚本也叫做vmlinux.lds，位于kernel/arch/arm/boot/compressed。
是由同一目录下的vmlinux.lds.in文件生成的，内容如下：
ENTRY（_start）
.=LOAD_ADDR;
_load_addr=.;
.=TEXT_START;
_text=.;
.text:
{
_start=.;
其中LOAD_ADDR就是zImage中解压缩代码的ram偏移地址，TEXT_START是内核ram启动的偏移地址，这个地址是物理地址。
在kernel/arch/arm/boot/Makefile文件中定义了：
ZTEXTADDR
=0
ZRELADDR
=0xa0008000
ZTEXTADDR就是解压缩代码的ram偏移地址，ZRELADDR是内核ram启动的偏移地址，这里看到指定ZTEXTADDR的地址为0，
明显是不正确的，因为我的平台上的ram起始地址是0xa0000000，在Makefile文件中看到了对该地址设置的几行注释：
#WenowhaveaPICdecompressorimplementation.
Decompressorsrunning
#fromRAMshouldnotdefineZTEXTADDR.
Decompressorsrunningdirectly
#fromROMorFlashmustdefineZTEXTADDR（preferablyviatheconfig）
他的意识是如果是在ram中进行解压缩时，不用指定它在ram中的运行地址，如果是在flash中就必须指定他的地址。
所以
这里将ZTEXTADDR指定为0，也就是没有真正指定地址。
在kernel/arch/arm/boot/compressed/Makefile文件有一行脚本：
SEDFLAGS
=s/TEXT_START/$（ZTEXTADDR）/;
s/LOAD_ADDR/$（ZRELADDR）/;
s/BSS_START/$（ZBSSADDR）/
使得TEXT_START=ZTEXTADDR，LOAD_ADDR=ZRELADDR。
这样vmlinux.lds的生成过程如下：
vmlinux.lds:
vmlinux.lds.inMakefile$（TOPDIR）/arch/$（ARCH）/boot/Makefile$（TOPDIR）/.config
@sed"
$（SEDFLAGS）"
<
vmlinux.lds.in>
$@
以上就是我对内核启动地址的分析，总结一下内核启动地址的设置：
1、设置kernel/arch/arm/Makefile文件中的
TEXTADDR
内核启动的虚拟地址
2、设置kernel/arch/arm/boot/Makefile文件中的
ZRELADDR
内核启动的物理地址
如果需要从flash中启动还需要设置
ZTEXTADDR地址。
内核解压缩过程
内核压缩和解压缩代码都在目录kernel/arch/arm/boot/compressed，
编译完成后将产生vmlinux、head.o、misc.o、head-xscale.o、piggy.o这几个文件，
head.o是内核的头部文件，负责初始设置；
misc.o将主要负责内核的解压工作，它在head.o之后；
head-xscale.o文件主要针对Xscale的初始化，将在链接时与head.o合并；
piggy.o是一个中间文件，其实是一个压缩的内核（kernel/vmlinux），只不过没有和初始化文件及解压文件链接而已；
vmlinux是（没有－－lw：
zImage是压缩过的内核）压缩过的内核，就是由piggy.o、head.o、misc.o、head-xscale.o组成的。
在BootLoader完成系统的引导以后并将Linux内核调入内存之后，调用bootLinux（），
这个函数将跳转到kernel的起始位置。
如果kernel没有压缩，就可以启动了。
如果kernel压缩过，则要进行解压，在压缩过的kernel头部有解压程序。
压缩过得kernel入口第一个文件源码位置在arch/arm/boot/compressed/head.S。
它将调用函数decompress_kernel（），这个函数在文件arch/arm/boot/compressed/misc.c中，
decompress_kernel（）又调用proc_decomp_setup（）,arch_decomp_setup（）进行设置，
然后使用在打印出信息“UncompressingLinux...”后，调用gunzip（）。
将内核放于指定的位置。
以下分析head.S文件：
（1）对于各种ArmCPU的DEBUG输出设定，通过定义宏来统一操作。
（2）设置kernel开始和结束地址，保存architectureID。
（3）如果在ARM2以上的CPU中，用的是普通用户模式，则升到超级用户模式，然后关中断。
（4）分析LC0结构deltaoffset，判断是否需要重载内核地址（r0存入偏移量，判断r0是否为零）。
这里是否需要重载内核地址，我以为主要分析arch/arm/boot/Makefile、arch/arm/boot/compressed/Makefile
和arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds.in三个文件，主要看vmlinux.lds.in链接文件的主要段的位置，
LOAD_ADDR（_load_addr）＝0xA0008000，而对于TEXT_START（_text、_start）的位置只设为0，BSS_START（__bss_start）＝ALIGN（4）。
对于这样的结果依赖于，对内核解压的运行方式，也就是说，内核解压前是在内存（RAM）中还是在FLASH上，
因为这里，我们的BOOTLOADER将压缩内核（zImage）移到了RAM的0xA0008000位置，我们的压缩内核是在内存（RAM）从0xA0008000地址开始顺序排列，
因此我们的r0获得的偏移量是载入地址（0xA0008000）。
接下来的工作是要把内核镜像的相对地址转化为内存的物理地址，即重载内核地址。
（5）需要重载内核地址，将r0的偏移量加到BSSregion和GOTtable中。
（6）清空bss堆栈空间r2－r3。
（7）建立C程序运行需要的缓存，并赋于64K的栈空间。
（8）这时r2是缓存的结束地址，r4是kernel的最后执行地址，r5是kernel境象文件的开始地址。
检查是否地址有冲突。
将r5等于r2，使decompress后的kernel地址就在64K的栈之后。
（9）调用文件misc.c的函数decompress_kernel（），解压内核于缓存结束的地方（r2地址之后）。
此时各寄存器值有如下变化：
r0为解压后kernel的大小
r4为kernel执行时的地址
r5为解压后kernel的起始地址
r6为CPU类型值（processorID）
r7为系统类型值（architectureID）
（10）将reloc_start代码拷贝之kernel之后（r5+r0之后），首先清除缓存，而后执行reloc_start。
（11）reloc_start将r5开始的kernel重载于r4地址处。
（12）清除cache内容，关闭cache，将r7中architectureID赋于r1，执行r4开始的kernel代码。
下面简单介绍一下解压缩过程，也就是函数decompress_kernel实现的功能：
解压缩代码位于kernel/lib/inflate.c，inflate.c是从gzip源程序中分离出来的。
包含了一些对全局数据的直接引用。
在使用时需要直接嵌入到代码中。
gzip压缩文件时总是在前32K字节的范围内寻找重复的字符串进行编码，
在解压时需要一个至少为32K字节的解压缓冲区，它定义为window[WSIZE]。
inflate.c使用get_byte（）读取输入文件，
它被定义成宏来提高效率。
输入缓冲区指针必须定义为inptr，inflate.c中对之有减量操作。
inflate.c调用flush_window（）
来输出window缓冲区中的解压出的字节串，每次输出长度用outcnt变量表示。
在flush_window（）中，还必
须对输出字节串计算CRC并且刷新crc变量。
在调用gunzip（）开始解压之前，调用makecrc（）初始化CRC计算表。
最后gunzip（）返回0表示解压成功。
我们在内核启动的开始都会看到这样的输出：
UncompressingLinux...done,bootingthekernel.
这也是由decompress_kernel函数内部输出的，它调用了puts（）输出字符串，
puts是在kernel/include/asm-arm/arch-pxa/uncompress.h中实现的。
执行完解压过程，再返回到head.S中，启动内核：
call_kernel:
bl
cache_clean_flush
cache_off
movr0,#0
movr1,r7
@restorearchitecturenumber
movpc,r4
@callkernel
下面就开始真正的内核了。
汇编部分
（1）
在网上参考很多高手的文章，又加入了自己的一点儿内容，整理了一下，里面还有很多不明白的地方，而且也会有理解错误的地方，望高手指点，自己也会不断进行修改
当进入linux内核后,arch/arm/kernel/head-armv.S是内核最先执行的一个文件，包括从内核入口ENTRY（stext）到
start_kernel之间的初始化代码，下面以我所是用的平台intelpxa270为例，说明一下他的汇编代码：
1
.section"
.text.init"
#alloc,＃execinstr
2
.type
stext,#
/*内核入口点*/
3ENTRY（stext）
4
movr12,r0
/*程序状态，禁止FIQ、IRQ，设定SVC模式*/
5
movr0,#F_BIT|I_BIT|MODE_SVC
@makesuresvcmode
6
msrcpsr_c,r0
@andallirqsdisabled
/*判断CPU类型，查找运行的CPUID值与Linux编译支持的ID值是否支持*/
7
__lookup_processor_type
/*判断如果r10的值为0，则表示函数执行错误，跳转到出错处理，*/
/*出错处理函数__error的实现代码定义在debug-armv.S中，这里就不再作过多介绍了*/
8
teqr10,#0
@invalidprocessor?
9
moveq
r0,#'
p'
@yes,error'
10
beq__error
/*判断体系类型，查看R1寄存器的ArchitectureType值是否支持*/
11
__lookup_architecture_type
/*判断如果r7的值为0，则表示函数执行错误，跳转到出错处理，*/
12
teqr7,#0
@invalidarchitecture?
13
a'
14
/*创建核心页表*/
15
__create_page_tables
16
adrlr,__ret
@returnaddress
17
addpc,r10,#12
@initialiseprocessor
@（returncontrolreg）
第5行，准备进入SVC工作模式，同时关闭中断（I_BIT）和快速中断（F_BIT）
第7行，查看处理器类型，主要是为了得到处理器的ID以及页表的flags。
第11行，查看一些体系结构的信息。
第15行，建立页表。
第17行，跳转到处理器的初始化函数，其函数地址是从__lookup_processor_type中得到的，
需要注意的是第16行，当处理器初始化完成后，会直接跳转到__ret去执行，
这是由于初始化函数最后的语句是movpc,lr。
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