ARM-Linux内核移植之（一）——内核启动流程分析 .

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

01.MACHINE_START(S3C2440,"SMDK2440")  
02.       /* Maintainer: Ben Dooks<ben@fluff.org> */  
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                          \
};

于是上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

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  
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。

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();这个函数会启动挂接根文件系统并且启动init进程。



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