内核版本:2.6.22为何要采用这样一个较低的版本进行移植了,由于韦东山大牛说了,低版本的能够学到东西,越是高版本须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,第三个阶段是容许第二是运行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下边的head.S文件。其实arc/arm/boot/compress下边也有这个文件,这个文件和里面的文件略有不同,当要生成压缩的内核时zImage时,启动的是前者,前者与后者不同的时arm linux内核移植,它上面的代码是做自解压的,前面的代码都相同。我们这儿这剖析arc/arm/kernel下边的head.S文件。当head.S所作的工作完成后它会跳到init/目录上涨的main.c的start_kernel函数开始执行。

第一阶段:

首先截取部份head.S文件

ENTRY(stext)

msrcpsr_c,#PSR_F_BIT|PSR_I_BIT|SVC_MODE@ensuresvcmode

@andirqsdisabled

mrcp15,0,r9,c0,c0@getprocessorid

bl__lookup_processor_type@r5=procinfor9=cpuid

movsr10,r5@invalidprocessor(r5=0)?

beq__error_p@yes,error'p'

bl__lookup_machine_type@r5=machinfo

movsr8,r5@invalidmachine(r5=0)?

beq__error_a@yes,error'a'

bl__create_page_tables

/*

*ThefollowingcallsCPUspecificcodeinapositionindependent

*manner.Seearch/arm/mm/proc-*.Sfordetails.r10=baseof

*xxx_proc_infostructureselectedby__lookup_machine_type

*above.Onreturn,theCPUwillbereadyfortheMMUtobe

*turnedon,andr0willholdtheCPUcontrolregistervalue.

*/

ldrr13,__switch_data@addresstojumptoafter

@mmuhasbeenenabled

adrlr,__enable_mmu@return(PIC)address

移植内核的方法_arm linux内核移植_移植内核代码到vpp

第一步,执行的是__lookup_processor_typearm linux内核移植,这个函数是检测处理器机型,它读取你的电路板的CPU机型与内核支持的处理器进行比较看是否还能处理。这个我们不关心它的具体实现过程,由于现今主流处理器内核都提供了支持。

第二步,执行的是__lookup_machine_type,这个函数是来检测机器机型的,它会读取你bootloader传进来的机器ID和他才能处理的机器ID进行比较看是否还能处理。内核的ID号定义在arc/arm/tool/mach_types文件中MACH_TYPE_xxxx宏定义。内核到底就怎么检测是否是它支持的机器的呢?实际上每位机器就会在/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

01.MACHINE_START(S3C2440,"SMDK2440")  
02.       /* Maintainer: Ben Dooks */  
03.       .phys_io  =S3C2410_PA_UART,  
04.       .io_pg_offst    = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,  
05.       .boot_params  = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,  
06.   
07.       .init_irq   =s3c24xx_init_irq,  
08.       .map_io          =smdk2440_map_io,  
09.       .init_machine  = smdk2440_machine_init,  
10.       .timer             =&s3c24xx_timer,  
11.MACHINE_END  
12.   

MACHINE_START和MACHINE_END实际上被展开成一个结构体

#defineMACHINE_START(_type,_name)                 
staticconst struct machine_desc __mach_desc_##_type       
 __used                                             
 __attribute__((__section__(".arch.info.init")))= {    
       .nr          =MACH_TYPE_##_type,           
       .name             =_name,
      
#defineMACHINE_END                          
};

arm linux内核移植_移植内核的方法_移植内核代码到vpp

于是前面的数据结构就被展开为

01.staticconst struct machine_desc __mach_desc_S3C2440       
02. __used                                               
03. __attribute__((__section__(".arch.info.init")))= {      
04.       .nr          =MACH_TYPE_S3C2440,            
05.       .name             =”SMDK2440”,};  
06..phys_io  = S3C2410_PA_UART,  
07.       .io_pg_offst    = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,  
08.       .boot_params  = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,  
09.   
10.       .init_irq   =s3c24xx_init_irq,  
11.       .map_io          =smdk2440_map_io,  
12.       .init_machine  = smdk2440_machine_init,  
13.       .timer             =&s3c24xx_timer,  
14.   
15.} 

每位机器就会有一个machine_desc__mach_desc结构,内核通过检测每位machine_desc__mach_desc的nr号和bootloader传上来的ID进行比较,假如相同,内核就觉得支持该机器学linux有前途吗,并且内核在前面的工作中会调用该机器的machine_desc__mach_desc_结构中的方式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linux site:infoq.cn,让后在_turn_mmu_on在最后将第三步赋给R13的值传给了PC表针(movpc,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

01.__switch_data:  
02.       .long       __mmap_switched  
03.       .long       __data_loc                    @ r4  
04.       .long       __data_start                  @ r5  
05.       .long       __bss_start                    @ r6  
06.       .long       _end                            @ r7  

移植内核的方法_arm linux内核移植_移植内核代码到vpp

07. .long processor_id @ r4 08. .long __machine_arch_type @ r5 09. .long cr_alignment @ r6 10. .long init_thread_union+ THREAD_START_SP @ sp 11. 12./* 13. * The following fragment of code is executedwith the MMU on in MMU mode, 14. * and uses absolute addresses; this is notposition independent. 15. * 16. * r0 =cp#15 control register 17. * r1 = machine ID 18. * r9 = processor ID 19. */ 20. .type __mmap_switched,%function 21.__mmap_switched: 22. adr r3,__switch_data + 4 23. 24. ldmia r3!,{r4, r5, r6, r7} 25. cmp r4,r5 @ Copy datasegment if needed 26.1: cmpne r5,r6 27. ldrne fp,[r4], #4 28. strne fp,[r5], #4 29. bne 1b 30. 31. mov fp,#0 @ Clear BSS(and zero fp) 32.1: cmp r6,r7 33. strcc fp,[r6],#4 34. bcc 1b 35. 36. ldmia r3,{r4, r5, r6, sp} 37. str r9, [r4] @ Save processor ID 38. str r1, [r5] @ Save machine type 39. bic r4,r0, #CR_A @ Clear 'A' bit 40. stmia r6,{r0, r4} @ Save controlregister values 41. b start_kernel

这个函数做的工作是,复制数据段清楚BBS段,设置堆在表针,之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,这儿我只截图了部份。

01.asmlinkage void __init start_kernel(void)  
02.{  
03.       …………………….  
04.       ……………………..  
05.       printk(KERN_NOTICE);  
06.       printk(linux_banner);  
07.       setup_arch(&command_line);  
08.       setup_command_line(command_line);  
09.        
10.        
11.       parse_early_param();  
12.       parse_args("Booting kernel",static_command_line, __start___param,  
13.                __stop___param - __start___param,  
14.                &unknown_bootoption);  
15.……………………  
16.…………………………        
17.       init_IRQ();  
18.       pidhash_init();  
19.       init_timers();  
20.       hrtimers_init();  
21.       softirq_init();  
22.       timekeeping_init();  
23.       time_init();  
24.       profile_init();  
25.…………………………  
26.……………………………  
27.       console_init();  
28.………………………………  
29.………………………………  
30.       rest_init();  
31.}  

从里面可以看出start_kernel首先是复印内核信息,之后对bootloader传进来的一些参数进行处理,再接着执行各类各样的初始化,在这其中会初始化控制台。最后会调用rest_init();这个函数会启动挂接根文件系统而且启动init进程。

综上,内核启动的过程大致为以下几步:

1.检测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.复印内核信息

4.执行各类模块的初始化

5.挂接根文件系统

6.启动第一个init进程

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刘遄

《Linux就该这么学》书籍作者,RHCA认证架构师,教育学(计算机专业硕士)。

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