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Linux內(nèi)核加載過程

通常，Linux內(nèi)核都是經(jīng)過gzip加載過之后的映像文件。

•  bootloader復(fù)制壓縮內(nèi)核到內(nèi)存空間。
•  內(nèi)核自解壓。
•  運行內(nèi)核。

編譯完成的Linux內(nèi)核存放在哪里？

•  ./vmlinux     elf格式未壓縮內(nèi)核。
•  arch/arm/boot/compressed/vmlinux    壓縮以后的elf格式內(nèi)核。
•  arch/arm/boot/zImage    壓縮內(nèi)核。

壓縮內(nèi)核（zImage）的入口

•  /arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds    該文件為編譯器指定link順序。
•  ENTRY(_start)    壓縮內(nèi)核從.start段開始執(zhí)行。
•  在/arch/arm/boot/compressed/head.S中執(zhí)行以下愛操作：

        （1）檢測系統(tǒng)空間。

        （2）初始化C代碼空間。

        （3）跳轉(zhuǎn)到C代碼decompress_kernel，

                 arch/arm/boot/compressed/misc.c中。

解壓之前的串口輸出

•  include/asm-arm/arch-s3c2410/uncompress.h    中定義了puts作為串口輸出函數(shù)。
•  解壓結(jié)束之后，程序跳轉(zhuǎn)到r5：解壓之后內(nèi)核的起始地址。

開始真正的Linux內(nèi)核

1、入口在arch/arm/kernel/head-armv.S

2、查找處理器類型

•  __lookup_processor_type
•  __lookup_architecture_type

3、初始化頁表：__creat_page_tables

4、初始化C代碼空間

5、跳轉(zhuǎn)到C代碼中，start_kernel

ARM的MMU單元

MMU：內(nèi)存管理單元

作用：

•  虛擬地址到物理地址的映射
•  存儲器訪問權(quán)限
•  控制Cache

通過MMU的訪存

•  MMU會先查找TLB中的虛擬地址表
•  如果TLB中沒有虛擬地址的入口，硬件從主存儲器中的轉(zhuǎn)換表中獲取轉(zhuǎn)換與訪問權(quán)限。

ARM的MMU訪存原理

ARM的MMU頁表格式

MMU支持基于節(jié)或者頁的存儲器訪問。

•  節(jié)：1MB的存儲器塊
•  大頁：64KB的存儲器塊
•  小頁：4KB的存儲器塊
•  微頁：1KB的存儲器塊

頁表的級別

存在主存儲器內(nèi)的轉(zhuǎn)換頁表有兩個級別：

•  第一級表：存儲節(jié)轉(zhuǎn)換表與指向第二級表的指針
•  第二級表：

        （1）存儲大頁和小頁的轉(zhuǎn)換表。

        （2）存儲微頁的轉(zhuǎn)換表。

一級頁表的地址

第一級表占用空間16KB，必須16KB對齊

第一級描述符

一級表每個入口描述了它所關(guān)聯(lián)的1MB虛擬地址是如何映射的。

節(jié)描述符

•  Bits[1:0] 描述符類型（10b 表示節(jié)描述符）
•  Bits[3:2] 高速緩存（cache）和緩沖位（buffer）
•  Bits[4] 由具體實現(xiàn)定義
•  Bits[8:5] 控制的節(jié)的16 種域之一
•  Bits[9] 現(xiàn)在沒有使用，應(yīng)該為零
•  Bits[11:10] 訪問控制（AP）
•  Bits[19:12] 現(xiàn)在沒有使用，應(yīng)該為零
•  Bits[31:20] 節(jié)基址，形成物理地址的高12 位

節(jié)的轉(zhuǎn)換過程

臨時內(nèi)核頁表的創(chuàng)建 __create_page_tables 

__create_page_tables:  
pgtbl r4 @ page table address 0x30008000-0x4000  
mov r0, r4 @r0=0x30004000  
mov r3, #0  
add r2, r0, #0x4000  
1: str r3, [r0], #4  
str r3, [r0], #4  
str r3, [r0], #4  
str r3, [r0], #4  
teq r0, r2  
bne 1b 

把一級頁表0x30004000-0xa0080000清空 

krnladr r2, r4 @ start of kernel 

r4=0xa0004000，r2 = 內(nèi)核起始地址所在1MB對齊空間，0x30000000 

add r3, r8, r2 @ flags + kernel base 

r8 為從處理器信息中得到的MMU 頁表標(biāo)志，r8=0xc0e, r3=0x30000c0e 

str r3, [r4, r2, lsr #18]@ identity mapping 

地址:0x300068000, value:0x30000c0e 

add r0, r4, #(TEXTADDR & 0xff000000) >> 18   
@ start of kernel  
bic r2, r3, #0x00f00000  
str r2, [r0] @ PAGE_OFFSET + 0MB  
add r0, r0, #(TEXTADDR & 0x00f00000) >> 18  
str r3, [r0], #4 @ KERNEL + 0MB  
...... 

映射表內(nèi)容

映射結(jié)果

進(jìn)入C代碼

init/main.c中的start_kernel函數(shù)，進(jìn)入到了Linux內(nèi)核代碼中。

•  printk函數(shù)
•  重新初始化頁表
•  初始化中斷，trap_init
•  設(shè)置系統(tǒng)定時器、控制臺…
•  創(chuàng)建內(nèi)核進(jìn)程init