Linux启动过程中硬件模块的加载
时间：11-09
来源：嵌入式世界
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前言：我觉得我的文章相对来说都是比较浅显的。一些初学者可以看看，对于高手来说，如果你们不吝啬时间的话，希望也能帮我看看，指点一下其中的错误。这也是我到这里来和大家交流的目的。
阅读Linux内核启动代码的直接动力是我想编写RTL8019AS的网卡驱动程序（2.4.18内核只支持了CS8900A）。既然要写驱动，我就想知道它是怎么样被加载的，好奇心驱使我先去搞定这个问题。
拿到2.4.18的软件包，一万多个文件，我不知怎么下手。所幸手头有这么三件工具助我入门：
1，一块移植好linux的开发板，通过它可以看到linux启动过程打印的消息。
2， google，网上关于linux的资料真是太多了！！！
3， Windows文件搜索引擎，通过它可以知道在那些文件中打印出那些消息。
很快，我就找到了linux启动的总的入口，/arch/arm/boot/compressed/head.s。
head.s完成的工作主要是底层寄存器、MMU的一些设定以及kernel的解压缩。汇编文件中调用的C代码大多位于该目录下misc.c文件，比如decompress_kernel。
当然，这部分不是重点，head执行完毕以后就跳到start_kernel()，这才是我们的重点所在，这个函数位于文件/init/main.c中。这个文件是启动的主线！！！
在start_kernel中，依次执行各个初始话函数，这里具体我没有看，一直到最后rest_init()，在这个函数里启动了一个init线程，而主线程自己则进入了IDLE状态。所以我们关心一下init线程做了什么事情，看文件最后init函数。
在这个函数里面，先lock_kernel，然后调用do_basic_setup，在这个函数里面又是一堆的初始化，有一个函数要引起我们的注意：do_initcalls。看看它干了什么：（这之后的东西在下文文件系统中讲解）
static void __init do_initcalls(void)
{
initcall_t *call;
call = &__initcall_start;
do {
(*call)( );
call++;
} while (call < &__initcall_end);
/* Make sure there is no pending stuff from the initcall sequence */
flush_scheduled_tasks();
}
很难相信，我们关心的外围模块的驱动就是被这一段程序加载的。怎么回事？我们慢慢来看：
首先看__initcall_start和__initcall_end，找遍了所有C代码，没有它们的定义。后来在vmlinux-armv.lds.in文件中找到了它们：
__initcall_start = .;
*(.initcall.init)
__initcall_end = .;
这个文件是和link相关的文件，它决定代码在load环境中的位置，就好比ADS中的scf文件。我们还是先看.initcall.init的含义吧，它在/include/linux/init.h中定义：
#define __init_call __attribute__ ((unused,__section__ (".initcall.init ")))
参考GCC说明，这段话的意思就是说所有以__init_call前缀定义的函数在链接过程中都放到名字为.initcall.init的段（section）里面。OK，有点味道了，也就是说，如果我们给一个函数冠以__init_call，那么它在编译链接的时候就会放到.initcall.init这个段里面。而上面这段循环所做的事情就很清楚了，它从段的首地址开始，依次执行每一个函数，直到段尾为止。
这个时候，我们应该在想，那些要注册的外围模块的初始化程序是不是都是定义成__init_call类型的呢？正如我们所料，查看各个模块我们会发现其初始化函数x会被定义成为module_init(x)，在/include/linux/init.h中它定义如下：
#define module_init(x) __initcall(x);
#define __initcall(fn) static initcall_t __initcall_##fn __init_call = fn
这段代码说module_init(x)等价于__initcall(x)，而__initcall(x)表示函数x是静态的具有__init_call性质的函数（这里名字比较多，容易看乱），因此在链接时，它会被放在.initcall.init段中。只要x函数运行起来了，那就可以注册设备、中断入口、中断服务函数了。接下来的事情就好办了
搞清出设备如何被加载以后，我们还需要知道另外一个问题：怎样把一个模块的驱动程序加载到内核里面呢？SO简单，make menuconfig，把对应设备打开。但是能不能再具体一点呢，我们做这么一个改动，怎么映射到编译＆链接过程呢。我这个人就是喜欢找麻烦，因此又在网上搜啊搜，而且用了最笨的方*，看看make menuconfig前后那些文件的修改日期发生了变化。最终还是找到了一点，/scripts下的文件是用来支持各种config模式的（当然包括menuconfig），核心代码在Kconfig中。在每个驱动设备的文件夹下（比如net，mtd）都有一个叫config.in的文件，这些文件定义了我们在menuconfig画面中看到的目录结构＆选项。
眼睛看到的画面总归都是虚的，这些改动究竟反映到了哪里去了呢？两个文件：./config和/include/linux/ autoconf.h。我们做完menuconfig以后，所有改动就反映到了这两个文件中，这两个文件的内容是一致的。在我们做编译的过程中，顶层的makefile文件从autoconf.h文件中读取各项宏定义然后传递给子一层的makefile，这些makefile根据宏定义选择那些.o文件被链接进来加到内核中。
好了，知道这些我就知道怎么给8019添加驱动了，yy一下：
1,首先要有驱动程序代码，8019.c
2,修改net目录下的config.in文件中添加一项，
dep_tristate ' RTL8019 support' CONFIG_RTL8019 $CONFIG_ISA
3,打开menuconfig，将RTL8019 support选择y，保存推出后autoconf文件中应该就有了一个宏定义：#define CONFIG_RTL8019
4,打开net目录下的makefile，添加：
obj-$( CONFIG_RTL8019) += 8019.o
5,make dep; make zImage;搞定！
注：在menuconfig中选择m和 y的区别：
y: 模块驱动编译到内核中，启动时自动加载
m：模块会被编译，但是不会被编译到内核中，只是生成.o文件，我们可以收集这些.o文件做到linux的文件系统中，然后用insmod实现动态加载。
阅读Linux内核启动代码的直接动力是我想编写RTL8019AS的网卡驱动程序（2.4.18内核只支持了CS8900A）。既然要写驱动，我就想知道它是怎么样被加载的，好奇心驱使我先去搞定这个问题。
拿到2.4.18的软件包，一万多个文件，我不知怎么下手。所幸手头有这么三件工具助我入门：
1，一块移植好linux的开发板，通过它可以看到linux启动过程打印的消息。
2， google，网上关于linux的资料真是太多了！！！
3， Windows文件搜索引擎，通过它可以知道在那些文件中打印出那些消息。
很快，我就找到了linux启动的总的入口，/arch/arm/boot/compressed/head.s。
head.s完成的工作主要是底层寄存器、MMU的一些设定以及kernel的解压缩。汇编文件中调用的C代码大多位于该目录下misc.c文件，比如decompress_kernel。
当然，这部分不是重点，head执行完毕以后就跳到start_kernel()，这才是我们的重点所在，这个函数位于文件/init/main.c中。这个文件是启动的主线！！！
在start_kernel中，依次执行各个初始话函数，这里具体我没有看，一直到最后rest_init()，在这个函数里启动了一个init线程，而主线程自己则进入了IDLE状态。所以我们关心一下init线程做了什么事情，看文件最后init函数。
在这个函数里面，先lock_kernel，然后调用do_basic_setup，在这个函数里面又是一堆的初始化，有一个函数要引起我们的注意：do_initcalls。看看它干了什么：（这之后的东西在下文文件系统中讲解）
static void __init do_initcalls(void)
{
initcall_t *call;
call = &__initcall_start;
do {
(*call)( );
call++;
} while (call < &__initcall_end);
/* Make sure there is no pending stuff from the initcall sequence */
flush_scheduled_tasks();
}
很难相信，我们关心的外围模块的驱动就是被这一段程序加载的。怎么回事？我们慢慢来看：
首先看__initcall_start和__initcall_end，找遍了所有C代码，没有它们的定义。后来在vmlinux-armv.lds.in文件中找到了它们：
__initcall_start = .;
*(.initcall.init)
__initcall_end = .;
这个文件是和link相关的文件，它决定代码在load环境中的位置，就好比ADS中的scf文件。我们还是先看.initcall.init的含义吧，它在/include/linux/init.h中定义：
#define __init_call __attribute__ ((unused,__section__ (".initcall.init ")))
参考GCC说明，这段话的意思就是说所有以__init_call前缀定义的函数在链接过程中都放到名字为.initcall.init的段（section）里面。OK，有点味道了，也就是说，如果我们给一个函数冠以__init_call，那么它在编译链接的时候就会放到.initcall.init这个段里面。而上面这段循环所做的事情就很清楚了，它从段的首地址开始，依次执行每一个函数，直到段尾为止。
这个时候，我们应该在想，那些要注册的外围模块的初始化程序是不是都是定义成__init_call类型的呢？正如我们所料，查看各个模块我们会发现其初始化函数x会被定义成为module_init(x)，在/include/linux/init.h中它定义如下：
#define module_init(x) __initcall(x);
#define __initcall(fn) static initcall_t __initcall_##fn __init_call = fn
这段代码说module_init(x)等价于__initcall(x)，而__initcall(x)表示函数x是静态的具有__init_call性质的函数（这里名字比较多，容易看乱），因此在链接时，它会被放在.initcall.init段中。只要x函数运行起来了，那就可以注册设备、中断入口、中断服务函数了。接下来的事情就好办了
搞清出设备如何被加载以后，我们还需要知道另外一个问题：怎样把一个模块的驱动程序加载到内核里面呢？SO简单，make menuconfig，把对应设备打开。但是能不能再具体一点呢，我们做这么一个改动，怎么映射到编译＆链接过程呢。我这个人就是喜欢找麻烦，因此又在网上搜啊搜，而且用了最笨的方*，看看make menuconfig前后那些文件的修改日期发生了变化。最终还是找到了一点，/scripts下的文件是用来支持各种config模式的（当然包括menuconfig），核心代码在Kconfig中。在每个驱动设备的文件夹下（比如net，mtd）都有一个叫config.in的文件，这些文件定义了我们在menuconfig画面中看到的目录结构＆选项。
眼睛看到的画面总归都是虚的，这些改动究竟反映到了哪里去了呢？两个文件：./config和/include/linux/ autoconf.h。我们做完menuconfig以后，所有改动就反映到了这两个文件中，这两个文件的内容是一致的。在我们做编译的过程中，顶层的makefile文件从autoconf.h文件中读取各项宏定义然后传递给子一层的makefile，这些makefile根据宏定义选择那些.o文件被链接进来加到内核中。
好了，知道这些我就知道怎么给8019添加驱动了，yy一下：
1,首先要有驱动程序代码，8019.c
2,修改net目录下的config.in文件中添加一项，
dep_tristate ' RTL8019 support' CONFIG_RTL8019 $CONFIG_ISA
3,打开menuconfig，将RTL8019 support选择y，保存推出后autoconf文件中应该就有了一个宏定义：#define CONFIG_RTL8019
4,打开net目录下的makefile，添加：
obj-$( CONFIG_RTL8019) += 8019.o
5,make dep; make zImage;搞定！
注：在menuconfig中选择m和 y的区别：
y: 模块驱动编译到内核中，启动时自动加载
m：模块会被编译，但是不会被编译到内核中，只是生成.o文件，我们可以收集这些.o文件做到linux的文件系统中，然后用insmod实现动态加载。