Linux2.6.35.7内核启动流程分析

2019-04-15 14:33发布

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S3C2410 Linux 2.6.35.7启动分析 1. 依据arch/arm/kernel/vmlinux.lds 生成linux内核源码根目录下的vmlinux，这个vmlinux属于未压缩，带调试信息、符号表的最初的内核，大小约23MB； 
命令：arm-linux-gnu-ld -o vmlinux -T arch/arm/kernel/vmlinux.lds  
arch/arm/kernel/head.o  
init/built-in.o  
--start-group   
arch/arm/mach-s3c2410/built-in.o   
kernel/built-in.o          
mm/built-in.o   
fs/built-in.o   
ipc/built-in.o   
drivers/built-in.o   
net/built-in.o  
--end-group .tmp_kallsyms2.o 
2. 将上面的vmlinux去除调试信息、注释、符号表等内容，生成arch/arm/boot/Image，这是不带多余信息的linux内核，Image的大小约3.2MB； 
  命令:arm-linux-gnu-objcopy -O binary -S  vmlinux arch/arm/boot/Image  3.将 arch/arm/boot/Image 用gzip -9 压缩生成arch/arm/boot/compressed/piggy.gz大小约1.5MB；          命令:gzip -f -9 < arch/arm/boot/compressed/../Image > arch/arm/boot/compressed/piggy.gz  4. 编译arch/arm/boot/compressed/piggy.S 生成arch/arm/boot/compressed/piggy.o大小约1.5MB，这里实际上是将piggy.gz通过piggy.S编译进piggy.o文件中。而piggy.S文件仅有6行，只是包含了文件piggy.gz; 
 命令:arm-linux-gnu-gcc -o arch/arm/boot/compressed/piggy.o arch/arm/boot/compressed/piggy.S 
5. 依据arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds 将arch/arm/boot/compressed/目录下的文件head.o 、piggy.o 、misc.o链接生成 arch/arm/boot/compressed/vmlinux，这个vmlinux是经过压缩且含有自解压代码的内核,大小约1.5MB; 
命令:arm-linux-gnu-ld zreladdr=0x30008000 params_phys=0x30000100 -T arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds arch/arm/boot/compressed/head.o arch/arm/boot/compressed/piggy.o arch/arm/boot/compressed/misc.o -o arch/arm/boot/compressed/vmlinux 
6. 将arch/arm/boot/compressed/vmlinux去除调试信息、注释、符号表等内容，生成arch/arm/boot/zImage大小约1.5MB;这已经是一个可以使用的linux内核映像文件了； 
命令:arm-linux-gnu-objcopy -O binary -S  arch/arm/boot/compressed/vmlinux  arch/arm/boot/zImage 
7. 将arch/arm/boot/zImage添加64Bytes的相关信息打包为arch/arm/boot/uImage大小约1.5MB; 
命令: ./mkimage -A arm -O linux -T kernel -C none -a 0x30008000 -e 0x30008000 -n 'Linux-2.6.35.7' -d arch/arm/boot/zImage arch/arm/boot/uImage 内核启动分析： 本文着重分析S3C2410 linux-2.6.35.7 内核启动的详细过程，主要包括： zImage 解压缩阶段、 vmlinux 启动汇编阶段、 startkernel 到创建第一个进程阶段三个部分，一般将其称为 linux 内核启动一、二、三阶段，本文也将采用这种表达方式。对于 zImage 之前的启动过程，本文不做表述，可参考前面正亮讲得 “ u-boot的启动过程分析”。 本文中涉及到的术语约定如下： 基本内核映像：即内核编译过程中最终在内核源代码根目录下生成的 vmlinux 映像文件，并不包含任何内核解压缩和重定位代码； zImage 内核映像：包含了内核piggy.o及解压缩和重定位代码，通常是目标板 bootloader 加载的对象； zImage 下载地址：即 bootloader 将 zImage 下载到目标板内存的某个地址或者 nand read 将 zImage 读到内存的某个地址； zImage 加载地址：由 Linux 的 bootloader 完成的将 zImage 搬移到目标板内存的某个位置所对应的地址值，默认值 0x30008000 。 1、 Linux 内核启动第一阶段：内核解压缩和重定位 该阶段是从 u-boot 引导进入内核执行的第一阶段，我们知道 u-boot 引导内核启动的最后一步是：通过一个函数指针 thekernel()带三个参数跳转到内核（ zImage ）入口点开始执行，此时， u-boot 的任务已经完成，控制权完全交给内核（ zImage ）。  稍作解释，在 u-boot 的文件archarmlibootm.c(uboot-2010.9)中定义了 thekernel, 并在 do_bootm_linux 的最后执行 thekernel. 定义如下：void (*theKernel)(int zero, int arch, uint params);  theKernel = (void (*)(int, int, uint))ntohl(hdr->ih_ep);  //hdr->ih_ep----Entry Point Address uImage 中指定的内核入口点，这里是 0x30008000 。  theKernel (0, bd->bi_arch_number, bd->bi_boot_params);  其中第二个参数为机器 ID, 第三参数为 u-boot 传递给内核参数存放在内存中的首地址，此处是 0x30000100 。  由上述 zImage 的生成过程我们可以知道，第一阶段运行的内核映像实际就是arch/arm/boot/compressed/vmlinux，而这一阶段所涉及的文件也只有三个：    (1)arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds (2)arch/arm/boot/compressed/head.S       (3)arch/arm/boot/compressed/misc.c  下面的图是使用64MRAM时，通常的内存分布图： 下面我们的分析集中在 arch/arm/boot/compressed/head.S, 适当参考 vmlinux.lds 。 从linux/arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds文件可以看出head.S的入口地址为ENTRY(_start)，也就是head.S汇编文件的_start标号开始的第一条指令。 下面从head.S中得_start 标号开始分析。(有些指令不影响初始化，暂时略去不分析) 代码位置在/arch/arm/boot/compressed/head.S中：  start: .type start,#function   /*uboot跳转到内核后执行的第一条代码*/ .rept 8            /*重复定义8次下面的指令，也就是空出中断向量表的位置*/  mov r0, r0            /*就是nop指令*/ .endr b 1f                   @ 跳转到后面的标号1处 .word 0x016f2818 @ 辅助引导程序的幻数，用来判断镜像是否是zImage .word start @ 加载运行zImage的绝对地址，start表示赋的初值 .word _edata @ zImage结尾地址，_edata是在vmlinux.lds.S中定义的，表示init,text,data三个段的结束位置 1: mov r7, r1 @ save architecture ID 保存体系结构ID 用r1保存 mov r8, r2 @ save atags pointer 保存r2寄存器 参数列表，r0始终为0 mrs r2, cpsr @ get current mode  得到当前模式 tst r2, #3 @ not user?，tst实际上是相与,判断是否处于用户模式 bne not_angel            @ 如果不是处于用户模式，就跳转到not_angel标号处 /*如果是普通用户模式，则通过软中断进入超级用户权限模式*/ mov r0, #0x17 @ angel_SWIreason_EnterSVC，向SWI中传递参数 swi 0x123456 @ angel_SWI_ARM这个是让用户空间进入SVC空间 not_angel:                                /*表示非用户模式，可以直接关闭中断*/ mrs r2, cpsr @ turn off interrupts to 读出cpsr寄存器的值放到r2中 orr r2, r2, #0xc0 @ prevent angel from running关闭中断 msr cpsr_c, r2           @ 把r2的值从新写回到cpsr中 /*读入地址表。因为我们的代码可以在任何地址执行，也就是位置无关代码（PIC），所以我们需要加上一个偏移量。下面有每一个列表项的具体意义。 LC0是表的首项，它本身就是在此head.s中定义的 .type LC0, #object LC0: .word LC0 @ r1 LC0表的起始位置 .word __bss_start @ r2 bss段的起始地址在vmlinux.lds.S中定义 .word _end @ r3 zImage（bss）连接的结束地址在vmlinux.lds.S中定义 .word 

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