详解Linux内核在arm上的启动过程

Dear 丶 2022-09-11 09:10 212阅读 0赞

**Linux内核加载过程**

通常，Linux内核都是经过gzip加载过之后的映像文件。

*  bootloader复制压缩内核到内存空间。
 *  内核自解压。
 *  运行内核。

**编译完成的Linux内核存放在哪里？**

*  ./vmlinux elf格式未压缩内核。
 *  arch/arm/boot/compressed/vmlinux 压缩以后的elf格式内核。
 *  arch/arm/boot/zImage 压缩内核。

**压缩内核（zImage）的入口**

*  /arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds 该文件为编译器指定link顺序。
 *  ENTRY(\_start) 压缩内核从.start段开始执行。
 *  在/arch/arm/boot/compressed/head.S中执行以下爱操作：

（1）检测系统空间。

（2）初始化C代码空间。

（3）跳转到C代码decompress\_kernel，

arch/arm/boot/compressed/misc.c中。

**解压之前的串口输出**

*  include/asm-arm/arch-s3c2410/uncompress.h 中定义了puts作为串口输出函数。
 *  解压结束之后，程序跳转到r5：解压之后内核的起始地址。

**开始真正的Linux内核**

1、入口在arch/arm/kernel/head-armv.S

2、查找处理器类型

*  \_\_lookup\_processor\_type
 *  \_\_lookup\_architecture\_type

3、初始化页表：\_\_creat\_page\_tables

4、初始化C代码空间

5、跳转到C代码中，start\_kernel

**ARM的MMU单元**

MMU：内存管理单元

作用：

*  虚拟地址到物理地址的映射
 *  存储器访问权限
 *  控制Cache

**通过MMU的访存**

*  MMU会先查找TLB中的虚拟地址表
 *  如果TLB中没有虚拟地址的入口，硬件从主存储器中的转换表中获取转换与访问权限。

**ARM的MMU访存原理**

![40a2066279819af2437e33f309a2dc2b.png][]

**ARM的MMU页表格式**

MMU支持基于节或者页的存储器访问。

*  节：1MB的存储器块
 *  大页：64KB的存储器块
 *  小页：4KB的存储器块
 *  微页：1KB的存储器块

**页表的级别**

存在主存储器内的转换页表有两个级别：

*  第一级表：存储节转换表与指向第二级表的指针
 *  第二级表：
    
    （1）存储大页和小页的转换表。
    
    （2）存储微页的转换表。

**一级页表的地址**

第一级表占用空间16KB，必须16KB对齐

![f8d7cc3489dafa1892f00e01cb34174d.png][]

**第一级描述符**

一级表每个入口描述了它所关联的1MB虚拟地址是如何映射的。

![a868ba3d74a98d341a85c3d8ac91f79a.png][]

**节描述符**

*  Bits\[1:0\] 描述符类型（10b 表示节描述符）
 *  Bits\[3:2\] 高速缓存（cache）和缓冲位（buffer）
 *  Bits\[4\] 由具体实现定义
 *  Bits\[8:5\] 控制的节的16 种域之一
 *  Bits\[9\] 现在没有使用，应该为零
 *  Bits\[11:10\] 访问控制（AP）
 *  Bits\[19:12\] 现在没有使用，应该为零
 *  Bits\[31:20\] 节基址，形成物理地址的高12 位

**节的转换过程**

![a05ac2aa247a0fafb742b8375a90a54b.png][]

# **临时内核页表的创建 \_\_create\_page\_tables** #

__create_page_tables:
    pgtbl r4 @ page table address 0x30008000-0x4000
    mov r0, r4 @r0=0x30004000
    mov r3, #0
    add r2, r0, #0x4000
    1: str r3, [r0], #4
    str r3, [r0], #4
    str r3, [r0], #4
    str r3, [r0], #4
    teq r0, r2
    bne 1b

把一级页表0x30004000-0xa0080000清空

krnladr r2, r4 @ start of kernel

r4=0xa0004000，r2 = 内核起始地址所在1MB对齐空间，0x30000000

add r3, r8, r2 @ flags + kernel base

r8 为从处理器信息中得到的MMU 页表标志，r8=0xc0e, r3=0x30000c0e

str r3, [r4, r2, lsr #18]@ identity mapping

地址:0x300068000, value:0x30000c0e

add r0, r4, #(TEXTADDR & 0xff000000) >> 18 
    @ start of kernel
    bic r2, r3, #0x00f00000
    str r2, [r0] @ PAGE_OFFSET + 0MB
    add r0, r0, #(TEXTADDR & 0x00f00000) >> 18
    str r3, [r0], #4 @ KERNEL + 0MB
    ......

**映射表内容**

![d6dc54398a2796b134f997acb9de51db.png][]

**映射结果**

![d07d2f029c8b6b6a46edb99bfa8d15c8.png][]

**进入C代码**

init/main.c中的start\_kernel函数，进入到了Linux内核代码中。

*  printk函数
 *  重新初始化页表
 *  初始化中断，trap\_init
 *  设置系统定时器、控制台…
 *  创建内核进程init

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