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ARM Linux 的启动过程

时间:11-09 来源:互联网 点击:

1. kernel运行的史前时期和内存布局

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,最终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第一个符号(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最终的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函数第一条执行时,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

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,并跳进第一个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.

代码如下:

[cpp]view plaincopy

  1. .section".text.head","ax"
  2. (stext)
  3. /*设置CPU运行模式为SVC,并关中断*/
  4. msrcpsr_c,#PSR_F_BIT|PSR_I_BIT|SVC_MODE@ensuresvcmode
  5. @andirqsdisabled
  6. mrcp15,0,r9,c0,c0@getprocessorid
  7. bl__lookup_processor_type@r5=procinfor9=cupid
  8. /*r10指向cpu对应的proc_info记录*/
  9. movsr10,r5@invalidprocessor(r5=0)?
  10. beq__error_p@yes,errorp
  11. bl__lookup_machine_type@r5=machinfo
  12. /*r8指向开发板对应的arch_info记录*/
  13. movsr8,r5@invalidmachine(r5=0)?
  14. beq__error_a@yes,errora
  15. /*__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。*/
  16. bl__vet_atags
  17. /*创建临时页表*/
  18. bl__create_page_tables
  19. /*
  20. *ThefollowingcallsCPUspecificcodeinapositionindependent
  21. *manner.Seearch/arm/mm/proc-*.Sfordetails.r10=baseof
  22. *xxx_proc_infostructureselectedby__lookup_machine_type
  23. *above.Onreturn,theCPUwillbereadyfortheMMUtobe
  24. *turnedon,andr0willholdtheCPUcontrolregistervalue.
  25. */
  26. /*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,
  27. *然后执__enable_mmu函数。最后在__enable_mmu函数通过movpc,r13来执行__switch_data,
  28. *__switch_data函数在最后一条语句,鱼跃龙门,跳进第一个C语言函数start_kernel。
  29. */
  30. ldrr13,__switch_data@addresstojumptoafter
  31. @mmuhasbeenenabled
  32. adrlr,__enable_mmu@return(PIC)address
  33. addpc,r10,#PROCINFO_INITFUNC
  34. OC(stext)

[cpp]view plaincopy

  1. .section".text.head","ax"
  2. (stext)
  3. /*设置CPU运行模式为SVC,并关中断*/
  4. msrcpsr_c,#PSR_F_BIT|PSR_I_BIT|SVC_MODE@ensuresvcmode
  5. @andirqsdisabled
  6. mrcp15,0,r9,c0,c0@getprocessorid
  7. bl__lookup_processor_type@r5=procinfor9=cupid
  8. /*r10指向cpu对应的proc_info记录*/
  9. movsr10,r5@invalidprocessor(r5=0)?
  10. beq__error_p@yes,errorp
  11. bl__lookup_machine_type@r5=machinfo
  12. /*r8指向开发板对应的arch_info记录*/
  13. movsr8,r5@invalidmachine(r5=0)?
  14. beq__error_a@yes,errora
  15. /*__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。*/
  16. bl__vet_atags
  17. /*创建临时页表*/
  18. bl__create_page_tables
  19. /*
  20. *ThefollowingcallsCPUspecificcodeinapositionindepen

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