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[专家分：0] 发布于 2012-01-03 10:09:00
Linux内核启动流程
arch/arm/kernel/head-armv.S
该文件是内核最先执行的一个文件，包括内核入口ENTRY(stext)到start_kernel间的初始化代码，主要作用是检查CPU ID， Architecture Type，初始化BSS等操作，并跳到start_kernel函数。在执行前，处理器应满足以下状态：
r0 - should be 0
r1 - unique architecture number
MMU - off
I-cache - on or off
D-cache – off
/* 部分源代码分析 */
/* 内核入口点 */
ENTRY(stext)
/* 程序状态，禁止FIQ、IRQ，设定SVC模式 */
mov r0, #F_BIT | I_BIT | MODE_SVC@ make sure svc mode
/* 置当前程序状态寄存器 */
msr cpsr_c, r0 @ and all irqs disabled
/* 判断CPU类型，查找运行的CPU ID值与Linux编译支持的ID值是否支持 */
bl __lookup_processor_type
/* 跳到__error */
teq r10, #0 @ invalid processor?
moveq r0, #'p' @ yes, error 'p'
beq __error
/* 判断体系类型，查看R1寄存器的Architecture Type值是否支持 */
bl __lookup_architecture_type
/* 不支持，跳到出错 */
teq r7, #0 @ invalid architecture?
moveq r0, #'a' @ yes, error 'a'
beq __error
/* 创建核心页表 */
bl __create_page_tables
adr lr, __ret @ return address
add pc, r10, #12 @ initialise processor
/* 跳转到start_kernel函数 */
b start_kernel
5. start_kernel()函数分析
下面对start_kernel()函数及其相关函数进行分析。
5.1 lock_kernel()
/* Getting the big kernel lock.
* This cannot happen asynchronously,
* so we only need to worry about other
* CPU's.
*/
extern __inline__ void lock_kernel(void)
{
if (!++current->lock_depth)
spin_lock(&kernel_flag);
}
kernel_flag 是一个内核大自旋锁，所有进程都通过这个大锁来实现向内核态的迁移。只有获得这个大自旋
锁的处理器可以进入内核，如中断处理程序等。在任何一对 lock_kernel／unlock_kernel函数里至多可以有一个程序占用CPU。 进程的lock_depth成员初始化为-1，在 kerenl/fork.c文件中设置。在它小于0时
（恒为 -1），进程不拥有内核锁；当大于或等于0时，进程得到内核锁。
5.2 setup_arch()
setup_arch()函数做体系相关的初始化工作，函数的定义在arch/arm/kernel/setup.c文件中，主
要涉及下列主要函数及代码。
5.2.1 setup_processor()
该函数主要通过
for (list = &__proc_info_begin; list cpu_mask) == list->cpu_val)
break;
这样一个循环来在.proc.info段中寻找匹配的processor_id，processor_id在head_armv.S文件
中设置。
5.2.2 setup_architecture(machine_arch_type)
该函数获得体系结构的信息，返回mach-xxx/arch.c 文件中定义的machine结构体的指针，包含以下内容
MACHINE_START (xxx, “xxx”)
MAINTAINER ("xxx"
BOOT_MEM (xxx, xxx, xxx)
FIXUP (xxx)
MAPIO (xxx)
INITIRQ (xxx)
MACHINE_END
5.2.3内存设置代码
if (meminfo.nr_banks == 0)
{
meminfo.nr_banks = 1;
meminfo.bank[0].start = PHYS_OFFSET;
meminfo.bank[0].size = MEM_SIZE;
}
meminfo结构表明内存情况，是对物理内存结构meminfo的默认初始化。 nr_banks指定内存块的数量，
bank指定每块内存的范围，PHYS _OFFSET指定某块内存块的开始地址，MEM_SIZE指定某块内存块长度。
PHYS _OFFSET和MEM_SIZE都定义在include/asm-armnommu/arch-XXX/memory.h文件中，其中
PHYS _OFFSET是内存的开始地址，MEM_SIZE就是内存的结束地址。这个结构在接下来内存的初始化代码中
起重要作用。
5.2.4 内核内存空间管理
init_mm.start_code = (unsigned long) &_text; 内核代码段开始
init_mm.end_code = (unsigned long) &_etext; 内核代码段结束
init_mm.end_data = (unsigned long) &_edata; 内核数据段开始
init_mm.brk = (unsigned long) &_end; 内核数据段结束
每一个任务都有一个mm_struct结构管理其内存空间，init_mm 是内核的mm_struct。其中设置成员变量
* mmap指向自己， 意味着内核只有一个内存管理结构，设置 pgd=swapper_pg_dir，
swapper_pg_dir是内核的页目录，ARM体系结构的内核页目录大小定义为16k。init_mm定义了整个内核的
内存空间，内核线程属于内核代码，同样使用内核空间，其访问内存空间的权限与内核一样。
5.2.5 内存结构初始化
bootmem_init (&meminfo)函数根据meminfo进行内存结构初始化。bootmem_init(&meminfo)函数中调
用 reserve_node_zero(bootmap_pfn, bootmap_pages) 函数，这个函数的作用是保留一部分内存使之
不能被动态分配。这些内存块包括：
reserve_bootmem_node(pgdat, __pa(&_stext), &_end - &_stext); /*内核所占用地址空间*/
reserve_bootmem_node(pgdat, bootmap_pfn
resouce[url]http://www.ithuhang.cn[/url]
arch/arm/kernel/head-armv.S
该文件是内核最先执行的一个文件，包括内核入口ENTRY(stext)到start_kernel间的初始化代码，主要作用是检查CPU ID， Architecture Type，初始化BSS等操作，并跳到start_kernel函数。在执行前，处理器应满足以下状态：
r0 - should be 0
r1 - unique architecture number
MMU - off
I-cache - on or off
D-cache – off
/* 部分源代码分析 */
/* 内核入口点 */
ENTRY(stext)
/* 程序状态，禁止FIQ、IRQ，设定SVC模式 */
mov r0, #F_BIT | I_BIT | MODE_SVC@ make sure svc mode
/* 置当前程序状态寄存器 */
msr cpsr_c, r0 @ and all irqs disabled
/* 判断CPU类型，查找运行的CPU ID值与Linux编译支持的ID值是否支持 */
bl __lookup_processor_type
/* 跳到__error */
teq r10, #0 @ invalid processor?
moveq r0, #'p' @ yes, error 'p'
beq __error
/* 判断体系类型，查看R1寄存器的Architecture Type值是否支持 */
bl __lookup_architecture_type
/* 不支持，跳到出错 */
teq r7, #0 @ invalid architecture?
moveq r0, #'a' @ yes, error 'a'
beq __error
/* 创建核心页表 */
bl __create_page_tables
adr lr, __ret @ return address
add pc, r10, #12 @ initialise processor
/* 跳转到start_kernel函数 */
b start_kernel
5. start_kernel()函数分析
下面对start_kernel()函数及其相关函数进行分析。
5.1 lock_kernel()
/* Getting the big kernel lock.
* This cannot happen asynchronously,
* so we only need to worry about other
* CPU's.
*/
extern __inline__ void lock_kernel(void)
{
if (!++current->lock_depth)
spin_lock(&kernel_flag);
}
kernel_flag 是一个内核大自旋锁，所有进程都通过这个大锁来实现向内核态的迁移。只有获得这个大自旋
锁的处理器可以进入内核，如中断处理程序等。在任何一对 lock_kernel／unlock_kernel函数里至多可以有一个程序占用CPU。 进程的lock_depth成员初始化为-1，在 kerenl/fork.c文件中设置。在它小于0时
（恒为 -1），进程不拥有内核锁；当大于或等于0时，进程得到内核锁。
5.2 setup_arch()
setup_arch()函数做体系相关的初始化工作，函数的定义在arch/arm/kernel/setup.c文件中，主
要涉及下列主要函数及代码。
5.2.1 setup_processor()
该函数主要通过
for (list = &__proc_info_begin; list cpu_mask) == list->cpu_val)
break;
这样一个循环来在.proc.info段中寻找匹配的processor_id，processor_id在head_armv.S文件
中设置。
5.2.2 setup_architecture(machine_arch_type)
该函数获得体系结构的信息，返回mach-xxx/arch.c 文件中定义的machine结构体的指针，包含以下内容
MACHINE_START (xxx, “xxx”)
MAINTAINER ("xxx"
BOOT_MEM (xxx, xxx, xxx)
FIXUP (xxx)
MAPIO (xxx)
INITIRQ (xxx)
MACHINE_END
5.2.3内存设置代码
if (meminfo.nr_banks == 0)
{
meminfo.nr_banks = 1;
meminfo.bank[0].start = PHYS_OFFSET;
meminfo.bank[0].size = MEM_SIZE;
}
meminfo结构表明内存情况，是对物理内存结构meminfo的默认初始化。 nr_banks指定内存块的数量，
bank指定每块内存的范围，PHYS _OFFSET指定某块内存块的开始地址，MEM_SIZE指定某块内存块长度。
PHYS _OFFSET和MEM_SIZE都定义在include/asm-armnommu/arch-XXX/memory.h文件中，其中
PHYS _OFFSET是内存的开始地址，MEM_SIZE就是内存的结束地址。这个结构在接下来内存的初始化代码中
起重要作用。
5.2.4 内核内存空间管理
init_mm.start_code = (unsigned long) &_text; 内核代码段开始
init_mm.end_code = (unsigned long) &_etext; 内核代码段结束
init_mm.end_data = (unsigned long) &_edata; 内核数据段开始
init_mm.brk = (unsigned long) &_end; 内核数据段结束
每一个任务都有一个mm_struct结构管理其内存空间，init_mm 是内核的mm_struct。其中设置成员变量
* mmap指向自己， 意味着内核只有一个内存管理结构，设置 pgd=swapper_pg_dir，
swapper_pg_dir是内核的页目录，ARM体系结构的内核页目录大小定义为16k。init_mm定义了整个内核的
内存空间，内核线程属于内核代码，同样使用内核空间，其访问内存空间的权限与内核一样。
5.2.5 内存结构初始化
bootmem_init (&meminfo)函数根据meminfo进行内存结构初始化。bootmem_init(&meminfo)函数中调
用 reserve_node_zero(bootmap_pfn, bootmap_pages) 函数，这个函数的作用是保留一部分内存使之
不能被动态分配。这些内存块包括：
reserve_bootmem_node(pgdat, __pa(&_stext), &_end - &_stext); /*内核所占用地址空间*/
reserve_bootmem_node(pgdat, bootmap_pfn
resouce[url]http://www.ithuhang.cn[/url]