Linux Kernel系列一:开篇和Kernel启动概要

前言

最近几个月将Linux Kernel的大概研究了一下,下面需要进行深入详细的分析。主要将以S3C2440的一块开发板为硬件实体。大概包括如下内容:

1 bootloader分析,以uboot为主,结合具体开发板的情况。我的目标是解释清楚uboot的工作原理(说实话,分析过程中不太想被硬件绑架,但是需要以一个实际的例子

来做分析)

2 kernel部分,这就很多内容了。打算从kernel启动的流程开始分析。

3 除kernel本身外,还有很多的知识,例如ld的输入script分析等,这里会一起介绍。

 

kernel启动流程概要

一:内核Image的组成

1 ES(Embed System)启动的时候,CPU加电,执行的第一条语句是Bootloader,这个非常类似PC机上的BIOS。BL将内核加载后,控制器移交给LK

2 LK执行的第一条语句是什么?vmlinux是单体的内核表示。根据前面说的内核编译连接知识,第一条语句是head.S中(历史原因,MD,有很多文件都叫head.S)

 我们需要重新分析一下内核(这里就是zImage了)的组成,(方法很简单,研究make的执行过程,通过make V=1 zImage可以得到几乎全部信息)

  • vmlinux,这个是未压缩、未strip的内核模块,ELF结构
  • Image:二进制、未压缩、但是strip后的内核
  • head.o:ARM相关的,由BL将控制权转交给它。即前面提到的head.S生成
  • pigg.gz:Image文件的gzip压缩
  • piggy.o:由piggy.S生成,这个S文件通过include Bin方式将Image包含进来。piggy的意思就是背负、肩扛。很形象不是?
  • misc.o:从上面看,涉及到一些解压方面的内容,而misc提供一些辅助函数
  • vmlinux:悲催.....这个文件是head+pigg+misc构成的vmlinux。名字一样不是?真的很混淆!
  • zImage:再由上面这个vmlinux压缩而来

图1很好得展示了这个过程。

 

图1 内核的构成

3 piggy的故事

piggy.S很有意思,建立了一个section,并且有一个标志来指示piggy.gz的边界。

piggy对应的是一个叫bootstrap的image,注意,Bootstrap和Bootloader不一样,它是在BL之后的一段代码,用来

解压kernel,设置内存等作用。也可以叫second stage boot。

 

4 Bootloadre和BootstrapLoader

BL和BSL的区别是什么?

  • BL只是初始化硬件,不依赖linux,不处理linux
  • BSL在BL后执行,依赖linux,因为要解压linux。另外一个重要点就是BSL需要为LINUX的运行建立环境

BSL的工作包括:

  • head.O:初始化CPU等工作
  • misc.O:解压,重定位(例如将kernel移动到另外一个位置上) decompress_kernel
  • 其他工作

init/main.c:start_kernel

启动调用图见图2.

 

图2 启动调用流程图

下面来分析这个启动流程

1 kernel中的head.o分析:尽量保持CPU系列的通用,例如arm的CPU等初始化都在做。但是具体板子(例如CPU+其他硬件)怎么初始化?这就是由mach目录中的初始化函数做到的。所以,kernel初始化分为:generic CPU初始化+具体板子的初始化。head.o初始化后,跳转到main.o的start_kernel,继续后面的流程

2 start_kernel:(init/main.c):start_kernel的转移由head.O做的,不过代码一般包含在更通用的head_common.S中

   以后想做kernel的分析,就从main开始吧. start_kernel做了什么事情呢?

  • 刚才只是初始化了cpu相关的,而具体和板子相关的由start_arch执行

3 kernel 参数分析:kernel command line。注意,这个参数是由BL传递给kernel的,不过这个参数又是谁设置的呢?又存在什么地方呢?这个line放在一个global的地方,

  另外,kernel如何处理这些参数呢?有一个比较好的办法,__set_up宏,将一些参数和对应的函数指针存在一个特殊的section中,然后循环调用这个section中的函数。(和驱动module中的很像)。定义在init.h中。关于一些特殊参数的取值,在arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S中定义。(以后得去看看ld的manual了)__set_up这个宏还有一个flags比如early,表示处理阶段是否在early-stage做。标志有__init的section最终占用的内存会被抛弃..

4 子系统初始化:包括中断、等。?section嵌套section?

5 kernel_init进程:start_kernel最后会fork一个kernel_init进程,而原执行进程变成idle进程了..

6 用户空间的init进程:由kernel_init进程最终通过execve init完成

7 参考文献。ELP这本书给的参考文献都巨强..

 

 

 

 


posted @ 2011-11-08 20:47  innost  阅读(5631)  评论(7编辑  收藏  举报