Linux Kernel系列一:开篇和Kernel启动概要

2014-11-24 10:33:55 · 作者: · 浏览: 0

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