对于arm的处理器,内核第一个启动的文件是arc/arm/kernel下面的文件。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下面的文件。当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
首先截取部分文件,将后面重点要分析的代码高亮显示。
ENTRY(stext)
msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode
@ and irqs disabled
mrc p15, 0, r9, c0, c0 @ get processor id
bl __lookup_processor_type @ r5=procinfo r9=cpuid
movs r10, r5 @ invalid processor (r5=0)?
beq __error_p @ yes, error 'p'
bl __lookup_machine_type @ r5=machinfo
movs r8, r5 @ invalid machine (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 for details. r10 = base of
* xxx_proc_info structure selected by __lookup_machine_type
* above. On return, the CPU will be ready for the MMU to be
* turned on, and r0 will hold the CPU control register value.
*/
ldr r13, __switch_data @ address to jump to after
@ MMU has 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文件中有个描述特定机器的数据结构,如下
MACHINE_START(S3C2440, "SMDK2440")
/* Maintainer: Ben Dooks <ben@; */
.phys_io = S3C2410_PA_UART,
.io_pg_offst = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,
.boot_params = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,
.init_irq = s3c24xx_init_irq,
.map_io = smdk2440_map_io,
.init_machine = smdk2440_machine_init,
.timer = &s3c24xx_timer,
MACHINE_END
MACHINE_START 和 MACHINE_END实际上被展开成一个结构体
#define MACHINE_START(_type,_name)
static const struct machine_desc __mach_desc_##_type
__used
__attribute__((__section__(".arch.in;))) = {
.nr = MACH_TYPE_##_type,
.name = _name,
#define MACHINE_END
};
于是上面的数据结构就被展开为
static const struct machine_desc __mach_desc_S3C2440
.nr = MACH_TYPE_S3C2440,
.name =” SMDK2440”,};
}
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这个文件中的__switch_data函数。
__switch_data:
.long __mmap_switched
.long __data_loc @ r4
.long __data_start @ r5
.long __bss_start @ r6
.long _end @ r7
.long processor_id @ r4
.long __machine_arch_type @ r5
.long cr_alignment @ r6
.long init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp
/*
* The following fragment of code is executed with the MMU on in MMU mode,
* and uses absolute addresses; this is not position independent.
*
* r0 = cp#15 control register
* r1 = machine ID
* r9 = processor ID
*/
.type __mmap_switched, %function
__mmap_switched:
adr r3, __switch_data + 4
ldmia r3!, {r4, r5, r6, r7}
cmp r4, r5 @ Copy data segment if needed
1: cmpne r5, r6
ldrne fp, [r4], #4
strne fp, [r5], #4
bne 1b
mov fp, #0 @ Clear BSS (and zero fp)
1: cmp r6, r7
strcc fp, [r6],#4
bcc 1b
ldmia r3, {r4, r5, r6, sp}
str r9, [r4] @ Save processor ID
str r1, [r5] @ Save machine type
bic r4, r0, #CR_A @ Clear 'A' bit
stmia r6, {r0, r4} @ Save control register values
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。
asmlinkage void __init start_kernel(void)
{
…………………….
……………………..
printk(KERN_NOTICE);
printk(linux_banner);
setup_arch(&command_line);
setup_command_line(command_line);
parse_early_param;
parse_args("Booting kernel", static_command_line, __start___param,
__stop___param – __start___param,
&unknown_bootoption);
……………………
…………………………
init_IRQ;
pidhash_init;
init_timers;
hrtimers_init;
softirq_init;
timekeeping_init;
time_init;
profile_init;
…………………………
……………………………
console_init;
………………………………
………………………………
ssssss;
}
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
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