linux内核启动过程——基于S3C2410

本文以流行的Samsung公司的S3C2410，openmoko平台和linux-2.6.24为例，介绍如何在ZIX嵌入式开发环境下探索linux内核启动过程。

Linux内核启动一般由外部的bootloader引导，也可以在内核头部嵌入一个loader，实际的应用中这两种方式都会经常遇到。所以要了 解内核启动最开始的过程，必须对bootloader如何引导内核有所熟悉。下面我们从u-boot加载linux内核的代码开始分析（关于u-boot 自身的启动流程，请参考u-boot 启动过程 —— 基于S3C2410）。

在u-boot的do_bootm_linux函数里，实现了处理器架构相关的linux内核加载代码，特别是tags传递。

该函数中，在lib_arm/bootm.c的76行调用了getenv将bootargs环境变量保存在commandline

char*commandline =getenv("bootargs");

然后解析uImage文件头，并且按照头中的定义分解和加载uImage。所以这部分代码的运行取决于uImage文件是如何生成的，本文不做过多叙述，可参考另文了解u-boot使用。接下来进行tags设置工作，分别调用了

• setup_start_tag()
• setup_memory_tag()
• setup_commandline_tag()
• setup_initrd_tag()
• setup_end_tag()

然后对TLB、cache等进行ivalid操作，这是通过在lib_arm/bootm.c的156行调用cleanup_before_linux()实现，然后即可跳入从uImage中分解出来的内核Image或zImage入口

cleanup_before_linux (); theKernel (0, machid, bd->bi_boot_params); /* does not return */return;

在s3c2410平台上，该入口theKernel一般是物理地址0x30008000。如果我们使用zImage自解压内核映像，对应的代码正是 自解压头，位置在内核源码linux-2.6.24-moko-linuxbj的arch/arm/boot/compressed/start.S第 114行的start符号

start: .type start,#function .rept 8 mov r0, r0 .endr b 1f .word 0x016f2818 @ Magic numbers to help the loader .word start @ absolute load/run zImage address .word _edata @ zImage end address 1: mov r7, r1 @ save architecture ID mov r8, r2 @ save atags pointer

这也标志着u-boot将系统完全的交给了OS，bootloader生命终止。之后代码在133行会读取cpsr并判断是否处理器处于supervisor模式——从u-boot进入kernel，系统已经处于SVC32模式；而利用angel进入则处于user模式，还需要额外两条指令。之后是再次确认中断关闭，并完成cpsr写入

mrs r2, cpsr @ get current mode tst r2, #3 @ not user? bne not_angel mov r0, #0x17 @ angel_SWIreason_EnterSVC swi 0x123456 @ angel_SWI_ARM not_angel: mrs r2, cpsr @ turn off interrupts to orr r2, r2, #0xc0 @ prevent angel from running msr cpsr_c, r2

然后在LC0地址处将分段信息导入r0-r6、ip、sp等寄存器，并检查代码是否运行在与链接时相同的目标地址，以决定是否进行处理。由于现在很少有人不使用loader和tags，将zImage烧写到rom直接从0x0位置执行，所以这个处理是必须的（但是zImage的头现在也保留了不用loader也可启动的能力）。arm架构下自解压头一般是链接在0x0地址而被加载到0x30008000运行，所以要修正这个变化。涉及到

• r5寄存器存放的zImage基地址
• r6和r12（即ip寄存器）存放的got（global offset table）
• r2和r3存放的bss段起止地址
• sp栈指针地址

很简单，这些寄存器统统被加上一个你也能猜到的偏移地址 0x30008000。该地址是s3c2410相关的，其他的ARM处理器可以参考下表

• PXA2xx是0xa0008000
• IXP2x00和IXP4xx是0x00008000
• Freescale i.MX31/37是0x80008000
• TI davinci DM64xx是0x80008000
• TI omap系列是0x80008000
• AT91RM/SAM92xx系列是0x20008000
• Cirrus EP93xx是0x00008000

这些操作发生在代码172行开始的地方，下面只粘贴一部分

add r5, r5, r0 add r6, r6, r0 add ip, ip, r0

后面在211行进行bss段的清零工作

not_relocated: mov r0, #0 1: str r0, [r2], #4 @ clear bss str r0, [r2], #4 str r0, [r2], #4 str r0, [r2], #4 cmp r2, r3 blo 1b

然后224行，打开cache，并为后面解压缩设置64KB的临时malloc空间

bl cache_on mov r1, sp @ malloc space above stack add r2, sp, #0x10000 @ 64k max

接下来238行进行检查，确定内核解压缩后的Image目标地址是否会覆盖到zImage头，如果是则准备将zImage头转移到解压出来的内核后面cmp r4, r2 bhs wont_overwrite sub r3, sp, r5 @ > compressed kernel size add r0, r4, r3, lsl #2 @ allow for 4x expansion cmp r0, r5 bls wont_overwrite m