當(dāng)內(nèi)核映像被加載到RAM之后，Bootloader的控制權(quán)被釋放。內(nèi)核映像并不是可直接運(yùn)行的目標(biāo)代碼，而是一個(gè)壓縮過的zImage（小內(nèi)核）。但是，也并非是zImage映像中的一切均被壓縮了，映像中包含未被壓縮的部分，這部分中包含解壓縮程序，解壓縮程序會解壓縮映像中被壓縮的部分。zImage使用gzip壓縮的，它不僅僅是一個(gè)壓縮文件，而且在這個(gè)文件的開頭部分內(nèi)嵌有g(shù)zip解壓縮代碼。當(dāng)zImage被調(diào)用時(shí)它從arch/arm/boot/compressed/head.S的start匯編例程開始執(zhí)行。這個(gè)例程進(jìn)行一些基本的硬件設(shè)置，并調(diào)用arch/arm/boot/compressed/misc.c中的decompress_kernel()解壓縮內(nèi)核。

arch/arm/kernel/head.S文件是內(nèi)核真正的啟動入口點(diǎn)，一般是由解壓縮內(nèi)核的程序來調(diào)用的。首先先看下對于運(yùn)行這個(gè)文件的要求：

MMU = off； D-cache = off； I-cache = 無所謂，開也可以，關(guān)也可以； r0 = 0；r1 = 機(jī)器號；r2 = atags 指針。

這段代碼是位置無關(guān)的，所以，如果以地址0xC0008000來鏈接內(nèi)核，那么就可以直接用__pa(0xc0008000)地址來調(diào)用這里的代碼。

其實(shí)，在這個(gè)（linux內(nèi)核中總共有多達(dá)幾十個(gè)的以head.S命名的文件）head.S文件中的一項(xiàng)重要工作就是設(shè)置內(nèi)核的臨時(shí)頁表，不然mmu開起來也玩不轉(zhuǎn)，但是內(nèi)核怎么知道如何映射內(nèi)存呢？linux的內(nèi)核將映射到虛地址0xCxxx?xxxx處，但他怎么知道在4GB的地址空間中有哪一片ram是可用的，從而可以映射過去呢？?

因?yàn)椴煌南到y(tǒng)有不通的內(nèi)存映像，所以，LINUX約定，要調(diào)用內(nèi)核代碼，一定要滿足上面的調(diào)用要求，以為最初的內(nèi)核代碼提供一些最重要的關(guān)于機(jī)器的信息。內(nèi)核代碼開始的時(shí)候，R1存放的是系統(tǒng)目標(biāo)平臺的代號，對于一些常見的，標(biāo)準(zhǔn)的平臺，內(nèi)核已經(jīng)提供了支持，只要在編譯的時(shí)候選中就行了，例如對X86平臺，內(nèi)核是從物理地址1M開始映射的。

好了好了，看下面的代碼。

ENTRY(stext)是這個(gè)文件的入口點(diǎn)。最初的幾行是這樣的：

setmode? PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE, r9

@ ensure svc mode

@ and irqs disabled

// 設(shè)置為SVC模式，關(guān)閉中斷和快速中斷?
// 此處設(shè)定系統(tǒng)的工作狀態(tài)為SVC，arm有7種狀態(tài)每種狀態(tài)

// 都有自己的堆棧,SVC為管理模式，具有完全的權(quán)限，可以執(zhí)行任意指令

// 訪問任意地址的內(nèi)存

//?setmode是一個(gè)宏，其定義為：

//?.macro setmode, mode, reg

//?msr?? cpsr_c, #\mode

//?.endm
?

mrc?? p15, 0, r9, c0, c0??? @ get processor id

bl __lookup_processor_type???? @ r5=procinfo r9=cpuid

movs? r10, r5??????????? @ invalid processor (r5=0)?

beq?? __error_p?????? @ yes, error 'p'

這幾行是查詢處理器的類型的，我們知道arm系列有很多型號，arm7、arm9、arm11、Cortex核等等類型，這么多型號要如何區(qū)分呢？其實(shí)，在arm的15號協(xié)處理器(其實(shí)ARM暫時(shí)也就這么一個(gè)協(xié)處理器)中有一個(gè)只讀寄存器，存放與處理器相關(guān)信息。

__lookup_processor_type是arch/arm/kernel/head-common.S文件中定義的一個(gè)例程，這個(gè)head-common.S用include命令被包含在head.S文件中。其定義為：

__lookup_processor_type:

adr?? r3, 3f

ldmia r3, {r5 - r7}

add?? r3, r3, #8

sub?? r3, r3, r7???????? @ get offset between virt&phys

add?? r5, r5, r3???????? @ convert virt addresses to

add?? r6, r6, r3???????? @ physical address space

1: ldmia r5, {r3, r4}?????? @ value, mask

and?? r4, r4, r9???????? @ mask wanted bits

teq?? r3, r4

beq?? 2f

add?? r5, r5, #PROC_INFO_SZ??? @ sizeof(proc_info_list)

cmp?? r5, r6

blo?? 1b

mov?? r5, #0????????? @ unknown processor

2: mov?? pc, lr

ENDPROC(__lookup_processor_type)

這個(gè)例程接受處理器ID（保存在寄存器r9中）為參數(shù)，查找鏈接器建立的支持的處理器表。此時(shí)此刻還不能使用__proc_info表的絕對地址，因?yàn)檫@時(shí)候MMU還沒有開啟，所以此時(shí)運(yùn)行的程序沒有在正確的地址空間中。所以不得不計(jì)算偏移量。若沒有找到processor ID對應(yīng)的處理器，則在r5寄存器中返回返回0，否則返回一個(gè)proc_info_list結(jié)構(gòu)體的指針（在物理地址空間）。proc_info_list結(jié)構(gòu)體在文件中定義：

struct proc_info_list {

unsigned int??? cpu_val;

unsigned int??? cpu_mask;

unsigned long????? __cpu_mm_mmu_flags;?? /* used by head.S */

unsigned long????? __cpu_io_mmu_flags;?? /* used by head.S */

unsigned long????? __cpu_flush;??? /* used by head.S */

const char????? *arch_name;

const char????? *elf_name;

unsigned int??? elf_hwcap;

const char????? *cpu_name;

struct processor?? *proc;

struct cpu_tlb_fns *tlb;

struct cpu_user_fns?? *user;

struct cpu_cache_fns? *cache;

};
第一項(xiàng)是CPU?id，將與協(xié)處理器中讀出的id作比較，其余的字段也都是與處理器相關(guān)的信息，到下面初始化的過程中自然會用到。

另外，這個(gè)例程加載符地址的代碼也是挺值得我輩學(xué)習(xí)的：

adr?? r3, 3f
加載一個(gè)符號的地址，這個(gè)符號在加載語句前面（下面）定義，forward嘛，這個(gè)符號為3，離這條語句最近的那個(gè)。在那個(gè)符號為3的位置我們看到這樣的代碼：

.align 2

3: .long __proc_info_begin

.long __proc_info_end

4: .long .

.long __arch_info_begin

.long __arch_info_end

搜索這兩個(gè)符號的值，在文件arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S中：

__proc_info_begin = .;

*(.proc.info.init)

__proc_info_end = .;

這兩個(gè)符號分別是一種初始化的段的結(jié)束開始地址和結(jié)束地址。為了了解由struct proc_info_list結(jié)構(gòu)體組成的段的實(shí)際構(gòu)成，我們還是得要了解一下在系統(tǒng)中到底都有哪些變量是聲明了要被放到這個(gè)段的。用關(guān)鍵字.proc.info.init來搜，全部都是arch/arm/mm/proc-*.S文件，這些都是特定于處理器的匯編語言文件，對于我們的mini2440, 自然是要看proc-arm920.S文件的，在其中可以看到這些內(nèi)容：

.section ".proc.info.init", #alloc, #execinstr

.type __arm920_proc_info,#object

__arm920_proc_info:

.long 0x41009200

.long 0xff00fff0

.long?? PMD_TYPE_SECT | \

PMD_SECT_BUFFERABLE | \

PMD_SECT_CACHEABLE | \

PMD_BIT4 | \

PMD_SECT_AP_WRITE | \

PMD_SECT_AP_READ

.long?? PMD_TYPE_SECT | \

PMD_BIT4 | \

PMD_SECT_AP_WRITE | \

PMD_SECT_AP_READ

b? __arm920_setup

.long cpu_arch_name

.long cpu_elf_name

.long HWCAP_SWP | HWCAP_HALF | HWCAP_THUMB

.long cpu_arm920_name

.long arm920_processor_functions

.long v4wbi_tlb_fns

.long v4wb_user_fns

#ifndef CONFIG_CPU_DCACHE_WRITETHROUGH

.long arm920_cache_fns

#else

.long v4wt_cache_fns

#endif

.size __arm920_proc_info, . - __arm920_proc_info

看到這兒我們再回國頭去看__lookup_processor_type的代碼：

ldmia r3, {r5 - r7}???????

add?? r3, r3, #8

sub?? r3, r3, r7

盡管符號3處只有兩個(gè)有效值，但它加載了三個(gè)數(shù)，而第三個(gè)數(shù)，我們看到是這樣定義的：

.long .

__lookup_processor_type中，給r3加上8，也就是讓r3指向“.”的地址，然后用r3減r7來獲取虛擬地址與物理地址的差，這樣看來，“.”就應(yīng)該是虛擬空間（編譯地址）里那個(gè)數(shù)據(jù)的地址。

之后的代碼獲得__proc_info_begin和__arch_info_end這兩個(gè)符號在物理空間中的地址：

add r5, r5, r3??????? @ convert virt addresses to

add r6, r6, r3

然后便是在那個(gè)段中逐個(gè)的檢查struct proc_info_list結(jié)構(gòu)體，以找到與我們的CPU相匹配的：

1: ldmia r5, {r3, r4}?????? @ value, mask

and?? r4, r4, r9???????? @ mask wanted bits

teq?? r3, r4

beq?? 2f

add?? r5, r5, #PROC_INFO_SZ??? @ sizeof(proc_info_list)

cmp?? r5, r6

blo?? 1b

mov?? r5, #0????????? @ unknown processor

2: mov?? pc, lr

__lookup_processor_type例程會返回在文件arch/arm/mm/proc-arm920.S中定義的一個(gè)保存有與我們的處理器相關(guān)的信息的struct proc_info_list結(jié)構(gòu)體的地址。

接下來我們繼續(xù)看stext的代碼：
?? bl __lookup_machine_type??? @ r5=machinfo

movs? r8, r5????????? @ invalid machine (r5=0)?

beq?? __error_a?????? @ yes, error 'a'

在獲得了處理器信息之后，則調(diào)用__lookup_machine_type來查找機(jī)器信息。這個(gè)例程同樣也在arch/arm/kernel/head-common.S文件中定義。這個(gè)例程的定義如下：

__lookup_machine_type:

adr?? r3, 4b

ldmia r3, {r4, r5, r6}

sub?? r3, r3, r4???????? @ get offset between virt&phys

add?? r5, r5, r3???????? @ convert virt addresses to

add?? r6, r6, r3???????? @ physical address space

1: ldr?? r3, [r5, #MACHINFO_TYPE] @ get machine type

teq?? r3, r1????????? @ matches loader number?

beq?? 2f????????? @ found

add?? r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC?? @ next machine_desc

cmp?? r5, r6

blo?? 1b

mov?? r5, #0????????? @ unknown machine

2: mov?? pc, lr

ENDPROC(__lookup_machine_type)

處理的過程和上面的__lookup_processor_type還是挺相似的。這個(gè)例程接收r1中傳進(jìn)來的機(jī)器號作為參數(shù)，然后，在一個(gè)由struct machine_desc結(jié)構(gòu)體組成的段中查找和我們的機(jī)器號匹配的struct machine_desc結(jié)構(gòu)體，這個(gè)結(jié)構(gòu)體在arch/arm/include/asm/mach/arch.h文件中定義，用于保存機(jī)器的信息：

struct machine_desc {

/*

* Note! The first four elements are used

* by assembler code in head.S, head-common.S

*/

unsigned int??? nr;????? /* architecture number?? */

unsigned int??? phys_io; /* start of physical io? */

unsigned int??? io_pg_offst; /* byte offset for io

* page tabe entry */

const char????? *name;?? /* architecture name? */

unsigned long????? boot_params; /* tagged list???? */

unsigned int??? video_start; /* start of video RAM */

unsigned int??? video_end;? /* end of video RAM?? */

unsigned int??? reserve_lp0 :1; /* never has lp0?? */

unsigned int??? reserve_lp1 :1; /* never has lp1?? */

unsigned int??? reserve_lp2 :1; /* never has lp2?? */

unsigned int??? soft_reboot :1; /* soft reboot???? */

void??????? (*fixup)(struct machine_desc *,

struct tag *, char **,

struct meminfo *);

void??????? (*map_io)(void);/* IO mapping function? */

void??????? (*init_irq)(void);

struct sys_timer?? *timer;???? /* system tick timer? */

void??????? (*init_machine)(void);

};

同樣這個(gè)例程也用到了同上面很相似的方式來獲得符號的地址：

adr?? r3, 4b
b代表back，即向后，這個(gè)符號為4，緊接著我們前面看到的那個(gè)為3的標(biāo)號：

4: .long .

.long __arch_info_begin

.long __arch_info_end

在文件arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S中我們可以看到段的定義：

__arch_info_begin = .;

*(.arch.info.init)

__arch_info_end = .;

這兩個(gè)符號也是分別表示某種初始化的段的開始地址和結(jié)束地址。為了找到段的填充內(nèi)容，還是得要了解一下到底都有哪些struct machine_desc結(jié)構(gòu)體類型變量聲明了要被放到這個(gè)段的。用關(guān)鍵字.arch.info.init?來搜索所有的內(nèi)核源文件。在arch/arm/include/asm/mach/arch.h文件中我們看到：

#define MACHINE_START(_type,_name)????? \

static const struct machine_desc __mach_desc_##_type \

__used???????????????????? \

__attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = { \

.nr????? = MACH_TYPE_##_type,???? \

.name??? = _name,

#define MACHINE_END??????????? \

};

定義機(jī)器結(jié)構(gòu)體，也就是.arch.info.init段中的內(nèi)容，都是要通過兩個(gè)宏MACHINE_START和MACHINE_END來完成的啊，MACHINE_START宏定義一個(gè)truct machine_desc結(jié)構(gòu)體，并初始化它的機(jī)器號字段和機(jī)器名字段，可以在arch/arm/tools/mach-types文件中看到各種平臺的機(jī)器號的定義。那接著我們來搜MACHINE_START吧，這是一個(gè)用于定義機(jī)器結(jié)構(gòu)體的宏，所以可以看到這個(gè)符號好像都是在arch/arm/mach-*/mach-*.c這樣的文件中出現(xiàn)的，我們感興趣的應(yīng)該是arch/arm/mach-s3c2440/ mach-mini2440.c文件中的這個(gè)符號：

MACHINE_START(MINI2440, "MINI2440")

/* Maintainer: Michel Pollet */

.phys_io = S3C2410_PA_UART,

.io_pg_offst = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,

.boot_params = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,

.map_io???? = mini2440_map_io,

.init_machine?? = mini2440_init,

.init_irq = s3c24xx_init_irq,

.timer?? = &s3c24xx_timer,

MACHINE_END

OK，?__lookup_machine_type這個(gè)例程的我們也搞明白了?；貞浺幌拢瑔哟a現(xiàn)在已經(jīng)完成的工作，R10寄存器中為指向proc_info_list結(jié)構(gòu)體的指針（物理地址空間），這個(gè)結(jié)構(gòu)體包含有關(guān)于我們的處理器的一些重要信息。R8寄存器中為指向一個(gè)與我們的平臺相匹配的machine_desc結(jié)構(gòu)體的指針，這個(gè)結(jié)構(gòu)體中保存有一些關(guān)于我們的平臺的重要信息。

回來接著看arch/arm/kernel/head.S文件中的stext：

bl __vet_atags

這個(gè)例程同樣同樣也是在arch/arm/kernel/head-common.S文件中定義：

__vet_atags:

tst?? r2, #0x3??????? @ aligned?

bne?? 1f

ldr?? r5, [r2, #0]?????? @ is first tag ATAG_CORE?

cmp?? r5, #ATAG_CORE_SIZE

cmpne r5, #ATAG_CORE_SIZE_EMPTY

bne?? 1f

ldr?? r5, [r2, #4]

ldr?? r6, =ATAG_CORE

cmp?? r5, r6

bne?? 1f

mov?? pc, lr????????? @ atag pointer is ok

1: mov?? r2, #0

mov?? pc, lr

ENDPROC(__vet_atags)

這個(gè)例程接收機(jī)器信息(R8寄存器)為參數(shù)，并檢測r2中傳入的ATAGS 指針的合法性。內(nèi)核使用tag來作為bootloader傳遞內(nèi)核參數(shù)的方式。系統(tǒng)要求r2中傳進(jìn)來的ATAGS指針式4字節(jié)對齊的，同時(shí)要求ATAGS列表的第一個(gè)tag是一個(gè)ATAG_CORE類型的。

此時(shí)R10寄存器中保存有指向CPU信息結(jié)構(gòu)體的指針，R8寄存器中保存有指向機(jī)器結(jié)構(gòu)體的指針，R2寄存器中保存有指向tag表的指針，R9中還保存有CPU ID信息。

回到arch/arm/kernel/head.S文件中的stext，之后就要進(jìn)入初始化過程中比較關(guān)鍵的一步了，開始設(shè)置mmu，但首先要填充一個(gè)臨時(shí)的內(nèi)核頁表，映射4m的內(nèi)存，這在初始化過程中是足夠了：

bl? __create_page_tables

這個(gè)例程設(shè)置初始頁表，這里只設(shè)置最起碼的數(shù)量，只要能使內(nèi)核運(yùn)行即可，r8? = machinfo，r9? = cpuid，r10 = procinfo，在r4寄存器中返回物理頁表地址。

__create_page_tables例程在文件arch/arm/kernel/head.S中定義：

__create_page_tables:

pgtbl r4????????? @ page table address

// pgtbl是一個(gè)宏，本文件的前面部分有定義：

//?.macro pgtbl, rd

//?ldr?? \rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000)

//?.endm

// KERNEL_RAM_PADDR在本文件的前面有定義，為(PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET)

// PHYS_OFFSET在arch/arm/mach-s3c2410/include/mach/memory.h定義，

// 為UL(0x30000000)

// 而TEXT_OFFSET在arch/arm/Makefile中定義，為內(nèi)核鏡像在內(nèi)存中到內(nèi)存

// 開始位置的偏移（字節(jié)），為$(textofs-y)

// textofs-y也在文件arch/arm/Makefile中定義，

// 為textofs-y?? := 0x00008000

// r4 = 30004000為臨時(shí)頁表的起始地址

// 首先即是初始化16K的頁表，高12位虛擬地址為頁表索引，所以為

// 4K*4 = 16K，大頁表，每一個(gè)頁表項(xiàng)，映射1MB虛擬地址。

// 這個(gè)地方還來了個(gè)循環(huán)展開，以優(yōu)化性能。

mov?? r0, r4

mov?? r3, #0

add?? r6, r0, #0x4000

1: str?? r3, [r0], #4

str?? r3, [r0], #4

str?? r3, [r0], #4

str?? r3, [r0], #4

teq?? r0, r6

bne?? 1b

ldr r7, [r10, #PROCINFO_MM_MMUFLAGS] @ mm_mmuflags

// PROCINFO_MM_MMUFLAGS在arch/arm/kernel/asm-offsets.c文件中定義，

// 為DEFINE(PROCINFO_MM_MMUFLAGS,?

// offsetof(struct proc_info_list, __cpu_mm_mmu_flags));

// R10寄存器保存的指針指向是我們前面找到的proc_info_list結(jié)構(gòu)嘛。

// 為內(nèi)核的第一個(gè)MB創(chuàng)建一致的映射，以為打開MMU做準(zhǔn)備，這個(gè)映射將會被

// paging_init()移除，這里使用程序計(jì)數(shù)器來獲得相應(yīng)的段的基地址。

// 這個(gè)地方是直接映射。

mov?? r6, pc

mov?? r6, r6, lsr #20?????? @ start of kernel section

orr?? r3, r7, r6, lsl #20????? @ flags + kernel base

str?? r3, [r4, r6, lsl #2]???? @ identity mapping

// 接下來為內(nèi)核的直接映射區(qū)設(shè)置頁表。KERNEL_START在文件的前面定義，

// 為KERNEL_RAM_VADDR，即內(nèi)核的虛擬地址。

// 而KERNEL_RAM_VADDR在文件的前面定義，則為(PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)

// 映射完整的內(nèi)核代碼段，初始化數(shù)據(jù)段。

// PAGE_OFFSET為內(nèi)核鏡像開始的虛擬地址，在

// arch/arm/include/asm/memory.h中定義。在配置內(nèi)核時(shí)選定具體值，默認(rèn)

// 為0xC0000000。

// 因?yàn)樽罡?2位的值是頁表中的偏移地址，而第三高的四位必然為0，

// 每個(gè)頁表項(xiàng)為4字節(jié)，右移20位之后，還得再左移兩位回來，所以，這里只// 是左移18位。

// R3寄存器在經(jīng)過了上面的操作之后，實(shí)際上是變成了指向內(nèi)核鏡像代碼段

// 的指針（物理地址），在這個(gè)地方，再一次為內(nèi)核鏡像的第一個(gè)MB做了映射。

// R6隨后指向了內(nèi)核鏡像的尾部。R0為頁表項(xiàng)指針。

// 這里以1MB為單位來映射內(nèi)核鏡像。

add?? r0, r4,? #(KERNEL_START & 0xff000000) >> 18

str?? r3, [r0, #(KERNEL_START & 0x00f00000) >> 18]!

ldr?? r6, =(KERNEL_END - 1)

add?? r0, r0, #4

add?? r6, r4, r6, lsr #18??//得到頁表的結(jié)束物理地址

1: cmp?? r0, r6

add?? r3, r3, #1 << 20

strls r3, [r0], #4

bls?? 1b

// 為了使用啟動參數(shù)，將物理內(nèi)存的第一MB映射到內(nèi)核虛擬地址空間的

// 第一個(gè)MB，r4存放的是頁表的地址。這里的PAGE_OFFSET的虛擬地址

// 比上面的KERNEL_START要小0x8000

add?? r0, r4, #PAGE_OFFSET >> 18

orr?? r6, r7, #(PHYS_OFFSET & 0xff000000)

.if?? (PHYS_OFFSET & 0x00f00000)

orr?? r6, r6, #(PHYS_OFFSET & 0x00f00000)

.endif

str?? r6, [r0]

// 上面的這個(gè)步驟顯得似乎有些多余。

// 總結(jié)一下，這個(gè)建立臨時(shí)頁表的過程：

// 1、為內(nèi)核鏡像的第一個(gè)MB建立直接映射

// 2、為內(nèi)核鏡像完整的建立從虛擬地址到物理地址的映射

// 3、為物理內(nèi)存的第一個(gè)MB建立到內(nèi)核的虛擬地址空間的第一個(gè)MB的映射。

// OK，內(nèi)核的臨時(shí)頁表建立完畢。整個(gè)初始化臨時(shí)頁表的過程都沒有修改R8，

// R9和R10。

mov?? pc, lr

ENDPROC(__create_page_tables)

回到stext：

ldr?? r13, __switch_data??? @ address to jump to after

@ mmu has been enabled

這個(gè)地方實(shí)際上是在r13中保存了另一個(gè)例程的地址。后面的分析中，遇到執(zhí)行到這個(gè)例程的情況時(shí)會有詳細(xì)說明。

接著看stext：

adr?? lr, BSYM(__enable_mmu)????? @ return (PIC) address

BSYM（）是一個(gè)宏，在文件arch/arm/include/asm/unified.h中定義，為：

#define BSYM(sym) sym

也就是說這個(gè)語句也僅僅是把__enable_mmu例程的地址加載進(jìn)lr寄存器中。為了方便之后調(diào)用的函數(shù)返回時(shí)，直接執(zhí)行__enable_mmu例程。

接著看stext下一句：

ARM( add?? pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC )

ARM（）也是一個(gè)宏，同樣在文件arch/arm/include/asm/unified.h中定義，當(dāng)配置內(nèi)核為生成ARM鏡像，則為：#define ARM(x...)? x

所以這一條語句也就是在調(diào)用一個(gè)例程。R10中保存的是procinfo結(jié)構(gòu)的地址。PROCINFO_INITFUNC符號在arch/arm/kernel/asm-offsets.c文件中定義，為：

DEFINE(PROCINFO_INITFUNC, offsetof(struct proc_info_list, __cpu_flush));

也就是調(diào)用結(jié)構(gòu)體proc_info_list的__cpu_flush成員函數(shù)。回去查看arch/arm/mm/proc-arm920.S文件中struct proc_info_list結(jié)構(gòu)體的變量的定義，可以看到這個(gè)成員為：

b? __arm920_setup

也就是說，在設(shè)置好內(nèi)核臨時(shí)頁表之后調(diào)用了例程__arm920_setup，這個(gè)例程同樣在arch/arm/mm/proc-arm920.S中：

__arm920_setup:

mov?? r0, #0

mcr?? p15, 0, r0, c7, c7??? @ invalidate I,D caches on v4

mcr?? p15, 0, r0, c7, c10, 4????? @ drain write buffer on v4

#ifdef CONFIG_MMU

mcr?? p15, 0, r0, c8, c7??? @ invalidate I,D TLBs on v4

#endif

adr?? r5, arm920_crval

ldmia r5, {r5, r6}

mrc?? p15, 0, r0, c1, c0??? @ get control register v4

bic?? r0, r0, r5

orr?? r0, r0, r6

mov?? pc, lr

這一段首先使i,d?caches內(nèi)容無效,然后清除write?buffer，接著使TLB內(nèi)容無效。接下來加載變量arm920_crval的地址，我們看到arm920_crval變量的內(nèi)容為：

rm920_crval:

crval clear=0x00003f3f, mmuset=0x00003135, ucset=0x00001130

crval為一個(gè)宏，在arch/arm/mm/proc-macros.S中定義：

.macro crval, clear, mmuset, ucset

#ifdef CONFIG_MMU

.word \clear

.word \mmuset

#else

.word \clear

.word \ucset

#endif

.endm

其實(shí)也就是定義兩個(gè)變量而已。之后，在r0中，得到了我們想要往協(xié)處理器相應(yīng)寄存器中寫入的內(nèi)容。

之后的?__arm920_setup返回，mov? pc, lr，即是調(diào)用例程__enable_mmu，這個(gè)例程在文件arch/arm/kernel/head.S中：

__enable_mmu:

#ifdef CONFIG_ALIGNMENT_TRAP

orr?? r0, r0, #CR_A

#else

bic?? r0, r0, #CR_A

#endif

#ifdef CONFIG_CPU_DCACHE_DISABLE

bic?? r0, r0, #CR_C

#endif

#ifdef CONFIG_CPU_BPREDICT_DISABLE

bic?? r0, r0, #CR_Z

#endif

#ifdef CONFIG_CPU_ICACHE_DISABLE

bic?? r0, r0, #CR_I

#endif

mov?? r5, #(domain_val(DOMAIN_USER, DOMAIN_MANAGER) | \

domain_val(DOMAIN_KERNEL, DOMAIN_MANAGER) | \

domain_val(DOMAIN_TABLE, DOMAIN_MANAGER) | \

domain_val(DOMAIN_IO, DOMAIN_CLIENT))

mcr?? p15, 0, r5, c3, c0, 0??? @ load domain access register

mcr?? p15, 0, r4, c2, c0, 0??? @ load page table pointer

b? __turn_mmu_on

在這兒設(shè)置了頁目錄地址（r4寄存器中保存），然后設(shè)置domain的保護(hù)，在前面建立頁表的例程中，注意到，頁表項(xiàng)的控制信息，是從struct proc_info_list結(jié)構(gòu)體的某字段中取的，其頁目錄項(xiàng)的 domain都是0，domain寄存器中的domain?0對應(yīng)的是0b11，表示訪問模式為manager,不受限制。在這里同時(shí)也完成r0的某些位的進(jìn)一步設(shè)置。

然后，__enable_mmu例程又調(diào)用了__turn_mmu_on，在同一個(gè)文件中定義：

__turn_mmu_on:

mov?? r0, r0

mcr?? p15, 0, r0, c1, c0, 0??? @ write control reg

mrc?? p15, 0, r3, c0, c0, 0??? @ read id reg

mov?? r3, r3

mov?? r3, r13

mov?? pc, r3

ENDPROC(__turn_mmu_on)

接下來寫控制寄存器：

mcr?p15,?0,?r0,?c1,?c0?,0

一切設(shè)置就此生效，到此算是完成了打開d,icache和mmu的工作。

注意：arm的d?cache必須和mmu一起打開，而i?cache可以單獨(dú)打開。其實(shí)，cache和mmu的關(guān)系實(shí)在是緊密，每一個(gè)頁表項(xiàng)都有標(biāo)志標(biāo)示是否是cacheable的，可以說本來就是設(shè)計(jì)一起使用的

前面有提到過，r13中存放的其實(shí)是另外一個(gè)例程的地址，其值是變量__switch_data的第一個(gè)字段，即一個(gè)函數(shù)指針的值，__switch_data變量是在arch/arm/kernel/head-common.S中定義的：

__switch_data:

.long __mmap_switched

.long __data_loc???????? @ r4

.long _data?????????? @ r5

.long __bss_start??????? @ r6

.long _end??????????? @ r7

.long processor_id?????? @ r4

.long __machine_arch_type????? @ r5

.long __atags_pointer?????? @ r6

.long cr_alignment?????? @ r7

.long init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp

前面的ldr r13 __switch_data，實(shí)際上也就是加載符號__mmap_switched的地址，實(shí)際上__mmap_switched是一個(gè)arch/arm/kernel/head-common.S中定義的例程。接著來看這個(gè)例程的定義，在arch/arm/kernel/head-common.S文件中：

__mmap_switched:

adr?? r3, __switch_data + 4

ldmia r3!, {r4, r5, r6, r7}

cmp?? r4, r5????????? @ Copy data segment if needed

1: cmpne r5, r6

ldrne fp, [r4], #4

strne fp, [r5], #4

bne?? 1b

mov?? fp, #0????????? @ Clear BSS (and zero fp)

1: cmp?? r6, r7

strcc fp, [r6],#4

bcc?? 1b

ldmia r3, {r4, r5, r6, r7, sp}

str?? r9, [r4]??????? @ Save processor ID

str?? r1, [r5]??????? @ Save machine type

str?? r2, [r6]??????? @ Save atags pointer

bic?? r4, r0, #CR_A???????? @ Clear 'A' bit

stmia r7, {r0, r4}?????? @ Save control register values

b? start_kernel

ENDPROC(__mmap_switched)
?

這個(gè)例程完成如下工作：

1、使r3指向__switch_data變量的第二個(gè)字段（從1開始計(jì)數(shù)）。

2、執(zhí)行了一條加載指令，也就是在r4, r5, r6, r7寄存器中分別加載4個(gè)符號__data_loc，_data， __bss_start ，_end的地址，這四個(gè)符號都是在鏈接腳本arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S中出現(xiàn)的，標(biāo)識了鏡像各個(gè)段的地址，我們應(yīng)該不難猜出他們所代表的段。

3、如果需要的話則復(fù)制數(shù)據(jù)段（數(shù)據(jù)段和BSS段是緊鄰的）。

4、初始化BSS段，全部清零，BSS是未初始化的全局變量區(qū)域。
5、又看到一條加載指令，同樣在一組寄存器中加載借個(gè)符號的地址，r4中為processor_id，r5中為__machine_arch_type， r6中為__atags_pointer， r7中為cr_alignment ，sp中為init_thread_union + THREAD_START_SP。

6、接著我們看到下面的幾條語句，則是用前面獲取的信息來初始化那些全局變量r9，機(jī)器號被保存到processor_id處；r1寄存器的值，機(jī)器號,被保存到變量__machine_arch_type中，其他的也一樣。

7、重新設(shè)置堆棧指針，指向init_task的堆棧。init_task是系統(tǒng)的第一個(gè)任務(wù)，init_task的堆棧在task?structure的后8K,我們后面會看到。?
8、最后就要跳到C代碼的 start_kernel。?
?? b? start_kernel
到此為止，匯編部分的初始化代碼就結(jié)束了

O，My God.初始化代碼的匯編部分終于結(jié)束。從而進(jìn)入了與體系結(jié)構(gòu)無關(guān)的Linux內(nèi)核部分。start_kernel()會調(diào)用一系列初始化函數(shù)來設(shè)置中斷，執(zhí)行進(jìn)一步的內(nèi)存配置。

現(xiàn)在讓我們來回憶一下目前的系統(tǒng)狀態(tài)：?
臨時(shí)頁表已經(jīng)建立，在0X30004000處，映射了映像文件大小空間，虛地址0XC000000被映射到0X30000000。CACHE,MMU 都已經(jīng)打開。堆棧用的是任務(wù)init_task的堆棧。?

如果以為到了c代碼可以松一口氣的話，就大錯(cuò)特措了，linux的c也不比匯編好懂多少，相反倒掩蓋了匯編的一些和機(jī)器相關(guān)的部分，有時(shí)候更難懂。其實(shí)作 為編寫操作系統(tǒng)的c代碼，只不過是匯編的另一種寫法，和機(jī)器代碼的聯(lián)系是很緊密的。另外，這些start_kernel()中調(diào)用的C函數(shù)，每一個(gè)都具有舉足輕重的地位，它們中的許多都肩負(fù)著初始化內(nèi)核中的某個(gè)子系統(tǒng)的重要使命，而Linux內(nèi)核中每一個(gè)子系統(tǒng)都錯(cuò)綜復(fù)雜，牽涉到各種軟件、硬件的復(fù)雜算法，所以理解起來倒真的是挺困難的。?

start_kernel函數(shù)在?init/main.c中定義：

528 asmlinkage void __init start_kernel(void)

529 {

530?? char * command_line;

531?? extern struct kernel_param __start___param[], __stop___param[];

532

533?? smp_setup_processor_id();

534

535?? /*

536??? * Need to run as early as possible, to initialize the

537??? * lockdep hash:

538??? */

539?? lockdep_init();

540?? debug_objects_early_init();

541

542?? /*

543??? * Set up the the initial canary ASAP:

544??? */

545?? boot_init_stack_canary();

546

547?? cgroup_init_early();

548

549?? local_irq_disable();

550?? early_boot_irqs_off();

551?? early_init_irq_lock_class();

552

553 /*

554? * Interrupts are still disabled. Do necessary setups, then

555? * enable them

556? */

557?? lock_kernel();

558?? tick_init();

559?? boot_cpu_init();

560?? page_address_init();

561?? printk(KERN_NOTICE "%s", linux_banner);

562?? setup_arch(&command_line);

563?? mm_init_owner(&init_mm, &init_task);

564?? setup_command_line(command_line);

565?? setup_nr_cpu_ids();

566?? setup_per_cpu_areas();

567?? smp_prepare_boot_cpu(); /* arch-specific boot-cpu hooks */

568

569?? build_all_zonelists();

570?? page_alloc_init();

571

572 printk(KERN_NOTICE "Kernel command line: %s\n", boot_command_line);

573?? parse_early_param();

574 ??parse_args("Booting kernel", static_command_line,

575????????????? __start___param, __stop___param - __start___param,

576????????????? &unknown_bootoption);

577?? /*

578??? * These use large bootmem allocations and must precede

579??? * kmem_cache_init()

580??? */

581?? pidhash_init();

582?? vfs_caches_init_early();

583?? sort_main_extable();

584?? trap_init();

585?? mm_init();

586?? /*

587??? * Set up the scheduler prior starting any interrupts (such as the

588??? * timer interrupt). Full topology setup happens at smp_init()

589??? * time - but meanwhile we still have a functioning scheduler.

590?? */

591?? sched_init();

592?? /*

593??? * Disable preemption - early bootup scheduling is extremely

594??? * fragile until we cpu_idle() for the first time.

595??? */

596?? preempt_disable();

597?? if (!irqs_disabled()) {

598??????? printk(KERN_WARNING "start_kernel(): bug: interrupts were "

599 ???????????????????????????"enabled *very* early, fixing it\n");

600??????? local_irq_disable();

601?? }

602?? rcu_init();

603?? radix_tree_init();

604?? /* init some links before init_ISA_irqs() */

605?? early_irq_init();

606?? init_IRQ();

607?? prio_tree_init();

608?? init_timers();

609?? hrtimers_init();

610?? softirq_init();

611?? timekeeping_init();

612?? time_init();

613?? profile_init();

614?? if (!irqs_disabled())

615?????????? printk(KERN_CRIT "start_kernel(): bug: interrupts were "

616??????????????????????????? "enabled early\n");

617?? early_boot_irqs_on();

618?? local_irq_enable();

619

620?? /* Interrupts are enabled now so all GFP allocations are safe. */

621?? gfp_allowed_mask = __GFP_BITS_MASK;

622

623?? kmem_cache_init_late();

624

625?? /*

626??? * HACK ALERT! This is early. We're enabling the console before

627??? * we've done PCI setups etc, and console_init() must be aware of

628??? * this. But we do want output early, in case something goes wrong.

629??? */

630?? console_init();

631?? if (panic_later)

632?????????? panic(panic_later, panic_param);

633

634?? lockdep_info();

635

636?? /*

637??? * Need to run this when irqs are enabled, because it wants

638??? * to self-test [hard/soft]-irqs on/off lock inversion bugs

639??? * too:

640??? */

641?? locking_selftest();

642

643 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD

644?? if (initrd_start && !initrd_below_start_ok &&

645?? page_to_pfn(virt_to_page((void *)initrd_start)) < min_low_pfn) {

646?? printk(KERN_CRIT "initrd overwritten (0x%08lx < 0x%08lx) - "

647?????????????? "disabling it.\n",

648?????????????? page_to_pfn(virt_to_page((void *)initrd_start)),

649?????????????? min_low_pfn);

650?????????????? initrd_start = 0;

651?? }

652 #endif

653?? page_cgroup_init();

654?? enable_debug_pagealloc();

655?? kmemtrace_init();

656?? kmemleak_init();

657?? debug_objects_mem_init();

658?? idr_init_cache();

659?? setup_per_cpu_pageset();

660?? numa_policy_init();

661?? if (late_time_init)

662?? late_time_init();

663?? sched_clock_init();

664?? calibrate_delay();

665?? pidmap_init();

666?? anon_vma_init();

667 #ifdef CONFIG_X86

668?? if (efi_enabled)

669?????????? efi_enter_virtual_mode();

670 #endif

671?? thread_info_cache_init();

672?? cred_init();

673?? fork_init(totalram_pages);

674?? proc_caches_init();

675?? buffer_init();

676?? key_init();

677?? security_init();

678?? vfs_caches_init(totalram_pages);

679?? signals_init();

680?? /* rootfs populating might need page-writeback */

681?? page_writeback_init();

682 #ifdef CONFIG_PROC_FS

683?? proc_root_init();

684 #endif

685?? cgroup_init();

686?? cpuset_init();

687?? taskstats_init_early();

688?? delayacct_init();

689

690?? check_bugs();

691

692?? acpi_early_init(); /* before LAPIC and SMP init */

693?? sfi_init_late();

694

695?? ftrace_init();

696

697?? /* Do the rest non-__init'ed, we're now alive */

698?? rest_init();

699 }

接著我們來近距離的觀察一下start_kernel函數(shù)中調(diào)用的這些重量級的函數(shù)。

首先來看setup_arch(&command_line)函數(shù)，這個(gè)函數(shù)（對于我們的mini2440平臺來說）在arch/arm/kernel/setup.c中定義：

664 void __init setup_arch(char **cmdline_p)

665 {

666?? struct tag *tags = (struct tag *)&init_tags;

667?? struct machine_desc *mdesc;

668?? char *from = default_command_line;

669

670?? unwind_init();

671

672?? setup_processor();

673?? mdesc = setup_machine(machine_arch_type);

674?? machine_name = mdesc->name;

675

676?? if (mdesc->soft_reboot)

677????????? reboot_setup("s");

678

679?? if (__atags_pointer)

680?????????? tags = phys_to_virt(__atags_pointer);

681?? else if (mdesc->boot_params)

682?????????? tags = phys_to_virt(mdesc->boot_params);

683

684?? /*

685??? * If we have the old style parameters, convert them to

686??? * a tag list.

687??? */

688?? if (tags->hdr.tag != ATAG_CORE)

689?????????? convert_to_tag_list(tags);

690?? if (tags->hdr.tag != ATAG_CORE)

691?????????? tags = (struct tag *)&init_tags;

692

693?? if (mdesc->fixup)

694?????????? mdesc->fixup(mdesc, tags, &from, &meminfo);

695

696?? if (tags->hdr.tag == ATAG_CORE) {

697?????????? if (meminfo.nr_banks != 0)

698?????????????????? squash_mem_tags(tags);

699????????? save_atags(tags);

700????????? parse_tags(tags);

701?? }

702

703?? init_mm.start_code = (unsigned long) _text;

704?? init_mm.end_code?? = (unsigned long) _etext;

705?? init_mm.end_data?? = (unsigned long) _edata;

706?? init_mm.brk??????? = (unsigned long) _end;

707

708?? /* parse_early_param needs a boot_command_line */

709?? strlcpy(boot_command_line, from, COMMAND_LINE_SIZE);

710

711?? /* populate cmd_line too for later use, preserving boot_command_line */

712?? strlcpy(cmd_line, boot_command_line, COMMAND_LINE_SIZE);

713?? *cmdline_p = cmd_line;

714

715?? parse_early_param();

716

717?? paging_init(mdesc);

718?? request_standard_resources(&meminfo, mdesc);

719

720 #ifdef CONFIG_SMP

721 ??smp_init_cpus();

722 #endif

723

724?? cpu_init();

725?? tcm_init();

726

727?? /*

728??? * Set up various architecture-specific pointers

729??? */

730?? init_arch_irq = mdesc->init_irq;

731?? system_timer = mdesc->timer;

732?? init_machine = mdesc->init_machine;

733

734 #ifdef CONFIG_VT

735 #if defined(CONFIG_VGA_CONSOLE)

736?? conswitchp = &vga_con;

737 #elif defined(CONFIG_DUMMY_CONSOLE)

738?? conswitchp = &dummy_con;

739 #endif

740 #endif

741?? early_trap_init();

742 }

來看一些我們比較感興趣的地方：

1、666行，struct tag指針類型的局部變量指向了默認(rèn)的tag列表init_tags，該靜態(tài)變量在setup_arch()定義同文件的前面有如下定義：

636 /*

637? * This holds our defaults.

638? */

639 static struct init_tags {

640???????? struct tag_header hdr1;

641???????? struct tag_core?? core;

642??????? ?struct tag_header hdr2;

643???????? struct tag_mem32? mem;

644???????? struct tag_header hdr3;

645 } init_tags __initdata = {

646???????? { tag_size(tag_core), ATAG_CORE },

647???????? { 1, PAGE_SIZE, 0xff },

648???????? { tag_size(tag_mem32), ATAG_MEM },

649???????? { MEM_SIZE, PHYS_OFFSET },

650???????? { 0, ATAG_NONE }

651 };

第679行檢察__atags_pointer指針的有效性，這個(gè)指針是在前面，跳轉(zhuǎn)到start_kernel函數(shù)的匯編例程最后設(shè)置的幾個(gè)變量之一，用的是R2寄存器的值。如果bootloader通過R2傳遞了tag列表的話，自然是要使用bootloader穿的進(jìn)來的tag列表的。

2、第688行的字符指針類型的局部變量from指向了default_command_line靜態(tài)變量，這個(gè)變量同樣在前面有定義：

124 static char default_command_line[COMMAND_LINE_SIZE] __initdata = CONFIG_CMDLINE;

傳遞給內(nèi)核的命令行參數(shù)，是可以在內(nèi)核配置的時(shí)候設(shè)置的。

3、第673行以machine_arch_type為參數(shù)調(diào)用了setup_machine()函數(shù)，而這個(gè)函數(shù)的定義為：

369 static struct machine_desc * __init setup_machine(unsigned int nr)

370 {

371???????? struct machine_desc *list;

372

373???????? /*

374????????? * locate machine in the list of supported machines.

375????????? */

376???????? list = lookup_machine_type(nr);

377???????? if (!list) {

378???????????????? printk("Machine configuration botched (nr %d), "

379??????????????????????? " unable to continue.\n", nr);

380???????????????? while (1);

381???????? }

382

383???????? printk("Machine: %s\n", list->name);

384

385???????? return list;

386 }

在arch/arm/kernel/head-common.S文件中，我們看到了一個(gè)對于__lookup_machine_type例程的封裝的可被C語言程序調(diào)用的匯編語言編寫的函數(shù)lookup_machine_type()，接收機(jī)器號，查表，然后返回匹配的struct machine_desc結(jié)構(gòu)體的指針。在這里，對于我們的mini2440，返回的自然是arch/arm/mach-s3c2440/ mach-mini2440.c文件中定義的結(jié)構(gòu)體了：

MACHINE_START(MINI2440, "MINI2440")

/* Maintainer: Michel Pollet */

.phys_io = S3C2410_PA_UART,

.io_pg_offst = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,

.boot_params = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,

.map_io???? = mini2440_map_io,

.init_machine?? = mini2440_init,

.init_irq = s3c24xx_init_irq,

.timer?? = &s3c24xx_timer,

MACHINE_END

然后，machine_desc結(jié)構(gòu)體的name成員的值被賦給全局變量machine_name。

第681行，若bootloader沒有傳遞tag列表給內(nèi)核，則檢測machine_desc結(jié)構(gòu)體的boot_params字段，看看特定的平臺是否傳遞了標(biāo)記列表。

第730、731、732行分別將machine_desc結(jié)構(gòu)體的init_irq、timer和init_machine成員值賦給了三個(gè)全局變量init_arch_irq、system_timer和init_machine，即是設(shè)置特定體系結(jié)構(gòu)的指針。初始化的后面階段自然會用到。

start_kernel()函數(shù)調(diào)用同文件下的rest_init(void)函數(shù)，rest_init(void)函數(shù)調(diào)用 kernel_thread()函數(shù)以啟動第一個(gè)核心線程，該線程執(zhí)行kernel_init()函數(shù)，而原執(zhí)行序列會調(diào)用cpu_idle()，等待調(diào)度。

作為核心線程的kernel_init()函數(shù)繼續(xù)完成一些設(shè)置，并在最后調(diào)用同文件下的init_post()函數(shù)，而該函數(shù)掛在根文件系統(tǒng)，打開/dev/console設(shè)備，重定向stdin、stdout和stderr到控制臺。之后，它搜索文件系統(tǒng)中的init程序（也可以由“init=”命令行參數(shù)指定init程序），并使用run_init_process()函數(shù)執(zhí)行init程序。（事實(shí)上，run_init_process()函數(shù)又調(diào)用了kernel_execve()來實(shí)際執(zhí)行程序）。搜索init程序的順序?yàn)?sbin/init、/etc/init、/bin/init、和/bin/sh。在嵌入式系統(tǒng)中，多數(shù)情況下，可以給內(nèi)核傳入一個(gè)簡單的shell腳本來啟動必需的嵌入式應(yīng)用程序。

至此，漫長的Linux內(nèi)核引導(dǎo)和啟動過程就結(jié)束了，而kernel_init()對應(yīng)的由rest_init(void)函數(shù)創(chuàng)建的第一個(gè)線程也進(jìn)入用戶模式。

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