詳解Linux內(nèi)核在arm上的啟動過程
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，應該為零
Bits[11:10] 訪問控制（AP）
Bits[19:12] 現(xiàn)在沒有使用，應該為零
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
進入C代碼
init/main.c中的start_kernel函數(shù)，進入到了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
設置系統(tǒng)定時器、控制臺…
創(chuàng)建內(nèi)核進程init
推薦閱讀：
5T技術資源大放送！包括但不限于：C/C++，Linux，Python，Java，PHP，人工智能，單片機，樹莓派，等等。在公眾號內(nèi)回復「1024」，即可免費獲取！！