嵌入式Linux内核启动主要分为这三个阶段

　　【资讯】嵌入式linux内核的启动全过程主要分为三个阶段。第一阶段为内核自解压过程，第二阶段主要工作是设置ARM处理器工作模式、使能MMU、设置一级页表等，而第三阶段则主要为C代码，包括内核初始化的全部工作，下面是详细介绍。

　　一、Linux内核自解压过程

　　在linux内核启动过程中一般能看到图1内核自解压界面，这里重点讨论内核的自解压过程。

　　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head.o、misc.o、piggy.gzip.o、vmlinux、decompress.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;piggy.gzip.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(zImage是压缩过的内核)压缩过的内核，就是由piggy.gzip.o、head.o、misc.o组成的，而decompress.o是为支持更多的压缩格式而新引入的。

　　图1 解压内核

　　在BootLoader完成系统的引导以后并将Linux内核调入内存之后，调用do_bootm_linux()，这个函数将跳转到kernel的起始位置。如果kernel没有被压缩，就可以启动了。如果kernel被压缩过，则要进行解压，在压缩过的kernel头部有解压程序。压缩过的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，然后打印出信息“Uncompressing Linux...”后，调用gunzip()将内核放于指定的位置。

　　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, booting the kernel.

　　这也是由decompress_kernel函数输出的，执行完解压过程，再返回到head.S中的583行，启动内核

　　其中r4中已经在head.S的第180行处预置为内核镜像的地址，如下代码：

　　这样就进入Linux内核的第一阶段，我们也称之为stage1。

　　二、Linux内核启动第一阶段stage1

　　承接上文，这里所以说的第一阶段stage1就是内核解压完成并出现Uncompressing Linux...done,booting the kernel.之后的阶段。

　　该部分代码实现在arch/arm/kernel的 head.S中，该文件中的汇编代码通过查找处理器内核类型和机器码类型调用相应的初始化函数，再建 立页表，最后跳转到start_kernel()函数开始内核的初始化工作。检测处理器类型是在汇编子函数__lookup_processor_type中完成的,通过以下代码可实现对它的调用：bl__lookup_processor_type(在文件head-commom.S实现)。__lookup_processor_type调用结束返回原程序时，会将返回结果保存到寄存器中。其中r5寄存器返回一个用来描述处理器的结构体地址，并对r5进行判断，如果r5的值为0则说明不支持这种处理器，将进入__error_p。r8保存了页表的标志位，r9 保存了处理器的ID 号，r10保存了与处理器相关的struct proc_info_list结构地址。Head.S核心代码如下：

　　检测机器码类型是在汇编子函数__lookup_machine_type (同样在文件head-common.S实现) 中完成的。与__lookup_processor_type类似，通过代码：“bl __lookup_machine_type”来实现对它的调 用。该函数返回时，会将返回结构保存放在r5、r6 和r7三个寄存器中。其中r5寄存器返回一个用来描述机器(也就是开发板)的结构体地址，并对r5进行判断，如果r5的值为0则说明不支持这种机器(开发板)，将进入__error_a，打印出内核不支持u-boot传入的机器码的错误如图2。r6保存了I/O基地址，r7 保存了 I/O的页表偏移地址。 当检测处理器类型和机器码类型结束后，将调用__create_page_tables子函数来建立页表，它所要做的工作就是将 RAM 基地址开始的1M 空间的物理地址映射到 0xC0000000开始的虚拟地址处。对本项目的开发板DM3730而言，RAM挂接到物理地址0x80000000处，当调用__create_page_tables 结束后 0x80000000 ～ 0x80100000物理地址将映射到 0xC0000000～0xC0100000虚拟地址处。当所有的初始化结束之后，使用如下代码来跳到C 程序的入口函数start_kernel()处，开始之后的内核初始化工作： bSYMBOL_NAME(start_kernel) 。

　　图2 机器码不匹配错误

　　三、Linux内核启动第二阶段stage2

　　从start_kernel函数开始

（编辑：云计算网_泰州站长网）

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