ARM linux kernel启动流程 head.S（一）-百检网

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ARM linux kernel启动流程 head.S（一）

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1. kernel运行的史前时期和内存布局在arm平台下，zImage.bin压缩镜像是由bootloader加载到物理内存，然后跳到zImage.bin里一段程序，它专门于将被压缩的kernel解压缩到KERNEL_RAM_PADDR开始的一段内存中，接着跳进真正的kernel去执行。该kernel的执行起点是stext函数，定义于arch/arm/kernel/head.S。

在分析stext函数前，先介绍此时内存的布局如下图所示

在开发板tqs3c2440中，SDRAM连接到内存控制器的Bank6中，它的开始内存地址是0x30000000，大小为64M，即0x20000000。 ARM Linux kernel将SDRAM的开始地址定义为PHYS_OFFSET。经bootloader加载kernel并由自解压部分代码运行后，*终kernel被放置到KERNEL_RAM_PADDR（=PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET，即0x30008000）地址上的一段内存，经此放置后，kernel代码以后均不会被移动。

在进入kernel代码前，即bootloader和自解压缩阶段，ARM未开启MMU功能。因此kernel启动代码一个重要功能是设置好相应的页表，并开启MMU功能。为了支持MMU功能，kernel镜像中的所有符号，包括代码段和数据段的符号，在链接时都生成了它在开启MMU时，所在物理内存地址映射到的虚拟内存地址。

以arm kernel**个符号（函数）stext为例，在编译链接，它生成的虚拟地址是0xc0008000，而放置它的物理地址为0x30008000（还记得这是PHYS_OFFSET+TEXT_OFFSET吗？）。实际上这个变换可以利用简单的公式进行表示：va = pa – PHYS_OFFSET + PAGE_OFFSET。Arm linux*终的kernel空间的页表，就是按照这个关系来建立。

之所以较早提及arm linux 的内存映射，原因是在进入kernel代码，里面所有符号地址值为清一色的0xCXXXXXXX地址，而此时ARM未开启MMU功能，故在执行stext函数**条执行时，它的PC值就是stext所在的内存地址（即物理地址，0x30008000）。因此，下面有些代码，需要使用地址无关技术。

2. 一览stext函数

这里的启动流程指的是解压后kernel开始执行的一部分代码，这部分代码和ARM体系结构是紧密联系在一起的，所以*好是将ARM ARCHITECTURE REFERENCE MANUL仔细读读，尤其里面关于控制寄存器啊，MMU方面的内容～

stext函数定义在Arch/arm/kernel/head.S，它的功能是获取处理器类型和机器类型信息，并创建临时的页表，然后开启MMU功能，并跳进**个C语言函数start_kernel。

stext函数的在前置条件是：MMU, D-cache, 关闭; r0 = 0, r1 = machine nr, r2 = atags prointer.

前面说过解压以后，代码会跳到解压完成以后的vmlinux开始执行，具体从什么地方开始执行我们可以看看生成的vmlinux.lds(arch/arm/kernel/)这个文件：

1.OUTPUT_ARCH(arm)

2.ENTRY(stext)

3.jiffies=jiffies_64;

4.SECTIONS

5.{

6..=0x80000000+0x00008000;

7..text.head:{

8._stext=.;

9._sinittext=.;

0.*(.text.h

很明显我们的vmlinx*开头的section是.text.head，这里我们不能看ENTRY的内容，以为这时候我们没有操作系统，根本不知道如何来解析这里的入口地址，我们只能来分析他的section(不过一般来说这里的ENTRY和我们从seciton分析的结果是一样的)，这里的.text.head section我们很容易就能在arch/arm/kernel/head.S里面找到，而且它里面的**个符号就是我们的stext：

#.section".text.head","ax"

#ENTRY(stext)

#/*设置CPU运行模式为SVC，并关中断*/

#msrcpsr_c,#PSR_F_BIT|PSR_I_BIT|SVC_MODE@ensuresvcmode

#@andirqsdisabled

#mrcp15,0,r9,c0,c0@getprocessorid

#bl__lookup_processor_type@r5=procinfor9=cupid

#/*r10指向cpu对应的proc_info记录*/

#movsr10,r5@invalidprocessor(r5=0)?

#beq__error_p@yes,error'p'

#bl__lookup_machine_type@r5=machinfo

#/*r8指向开发板对应的arch_info记录*/

#movsr8,r5@invalidmachine(r5=0)?

#beq__error_a@yes,error'a'

#/*__vet_atags函数涉及bootloader造知kernel物理内存的情况，我们暂时不分析它。*/

#bl__vet_atags

#/*创建临时页表*/

#bl__create_page_tables

#/*

#*ThefollowingcallsCPUspecificcodeinapositionindependent

#*manner.Seearch/arm/mm/proc-*.Sfordetails.r10=baseof

#*xxx_proc_infostructureselectedby__lookup_machine_type

#*above.Onreturn,theCPUwillbereadyfortheMMUtobe

#*turnedon,andr0willholdtheCPUcontrolregistervalue.

#*/

#/*这里的逻辑关系相当复杂，先是从proc_info结构中的中跳进__arm920_setup函数，

#*然后执__enable_mmu函数。*后在__enable_mmu函数通过movpc,r13来执行__switch_data，

#*__switch_data函数在*后一条语句，鱼跃龙门，跳进**个C语言函数start_kernel。

#*/

#ldrr13,__switch_data@addresstojumptoafter

#@mmuhasbeenenabled

#adrlr,__enable_mmu@return(PIC)address

#addpc,r10,#PROCINFO_INITFUNC

#ENDPROC(stext)

这里的ENTRY这个宏实际我们可以在include/linux/linkage.h里面找到，可以看到他实际上就是声明一个GLOBAL Symbol，后面的ENDPROC和END**的区别是前面的声明了一个函数，可以在c里面被调用。

1.#ifndefENTRY

2.#defineENTRY(name)/

3..globlname;/

4.ALIGN;/

5.name:

6.#endif

7.#ifndefWEAK

8.#defineWEAK(name)/

9..weakname;/

10.name:

11.#endif

12.#ifndefEND

13.#defineEND(name)/

14..sizename,.-name

15.#endif

16./*Ifsymbol'name'istreatedasasubroutine(getscalled,andreturns)

17.*thenpleaseuseENDPROCtomark'name'asSTT_FUNCforthebenefitof

18.*staticanalysistoolssuchasstackdepthanalyzer.

19.*/

20.#ifndefENDPROC

21.#defineENDPROC(name)/

22..typename,@function;/

23.END(name)

24.#endif

找到了vmlinux的起始代码我们就来进行分析了，先总体概括一下这部分代码所完成的功能，head.S会**检查proc和arch以及atag的有效性，然后会建立初始化页表，并进行CPU必要的处理以后打开MMU，并跳转到start_kernel这个symbol开始执行后面的C代码。这里有很多变量都是我们进行kernel移植时需要特别注意的，下面会一一讲到。

在这里我们**看看这段汇编开始跑的时候的寄存器信息，这里的寄存器内容实际上是同bootloader跳转到解压代码是一样的，就是r1=arch r2=atag addr。下面我们就具体来看看这个head.S跑的过程：

1.msrcpsr_c,#PSR_F_BIT|PSR_I_BIT|SVC_MODE@ensuresvcmode

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