對(duì)于ARM的處理器，內(nèi)核第一個(gè)啟動(dòng)的文件是arc/arm/kernel下面的head.S文件。當(dāng)然arc/arm/boot/compress下面也有這個(gè)文件，這個(gè)文件和上面的文件略有不同，當(dāng)要生成壓縮的內(nèi)核時(shí)zImage時(shí)，啟動(dòng)的是后者，后者與前者不同的時(shí)，它前面的代碼是做自解壓的，后面的代碼都相同。我們這里這分析arc/arm/kernel下面的head.S文件。當(dāng)head.S所作的工作完成后它會(huì)跳到init/目錄下跌的main.c的start_kernel函數(shù)開始執(zhí)行。

第一階段

首先截取部分head.S文件，將后面重點(diǎn)要分析的代碼高亮顯示。

ENTRY(stext)

msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode

@ and irqs disabled

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'

bl __lookup_machine_type @ r5=machinfo

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

beq __error_a @ yes, error 'a'

bl __create_page_tables

/*

* The following calls CPU specific code in a position independent

* manner. See arch/arm/mm/proc-*.S for details. r10 = base of

* xxx_proc_info structure selected by __lookup_machine_type

* above. On return, the CPU will be ready for the MMU to be

* turned on, and r0 will hold the CPU control register value.

*/

ldr r13, __switch_data @ address to jump to after

@ mmu has been enabled

adr lr, __enable_mmu @ return (PIC) address

第一步，執(zhí)行的是__lookup_processor_type，這個(gè)函數(shù)是檢查處理器型號(hào)，它讀取你的電路板的CPU型號(hào)與內(nèi)核支持的處理器進(jìn)行比較看是否能夠處理。這個(gè)我們不關(guān)心它的具體實(shí)現(xiàn)過程，因?yàn)楝F(xiàn)在主流處理器內(nèi)核都提供了支持。

第二步，執(zhí)行的是__lookup_machine_type，這個(gè)函數(shù)是來檢查機(jī)器型號(hào)的，它會(huì)讀取你bootloader傳進(jìn)來的機(jī)器ID和他能夠處理的機(jī)器ID進(jìn)行比較看是否能夠處理。內(nèi)核的ID號(hào)定義在arc/arm/tool/mach_types文件中MACH_TYPE_xxxx宏定義。內(nèi)核究竟就如何檢查是否是它支持的機(jī)器的呢？實(shí)際上每個(gè)機(jī)器都會(huì)在/arc/arm/mach-xxxx/smdk-xxxx.c文件中有個(gè)描述特定機(jī)器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如下

MACHINE_START(S3C2440, "SMDK2440")

/* Maintainer: Ben Dooks */

.phys_io = S3C2410_PA_UART,

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

.boot_params = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,

.init_irq = s3c24xx_init_irq,

.map_io = smdk2440_map_io,

.init_machine = smdk2440_machine_init,

.timer = &s3c24xx_timer,

MACHINE_END

MACHINE_START 和 MACHINE_END實(shí)際上被展開成一個(gè)結(jié)構(gòu)體

#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 \

};

于是上面的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就被展開為

static const struct machine_desc __mach_desc_S3C2440 \

__used \

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

.nr = MACH_TYPE_S3C2440, \

.name =” SMDK2440”,};

.phys_io = S3C2410_PA_UART,

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

.boot_params = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,

.init_irq = s3c24xx_init_irq,

.map_io = smdk2440_map_io,

.init_machine = smdk2440_machine_init,

.timer = &s3c24xx_timer,

}

每個(gè)機(jī)器都會(huì)有一個(gè)machine_desc __mach_desc結(jié)構(gòu)，內(nèi)核通過檢查每個(gè)machine_desc __mach_desc的nr號(hào)和bootloader傳上來的ID進(jìn)行比較，如果相同，內(nèi)核就認(rèn)為支持該機(jī)器，而且內(nèi)核在后面的工作中會(huì)調(diào)用該機(jī)器的machine_desc __mach_desc_結(jié)構(gòu)中的方法進(jìn)行一些初始化工作。

第三步，創(chuàng)建一級(jí)頁表。

第四步，在R13中保存__switch_data 這個(gè)函數(shù)的地址，在第四步使能mmu完成后會(huì)跳到該函數(shù)執(zhí)行。

第五步，執(zhí)行的是__enable_mmu，它是使能MMU，這個(gè)函數(shù)調(diào)用了__turn_mmu_on函數(shù)，讓后在_turn_mmu_on在最后將第三步賦給R13的值傳給了PC指針 （mov pc, r13），于是內(nèi)核開始跳到__switch_data這個(gè)函數(shù)開始執(zhí)行。

我們?cè)賮砜碼rch/arm/kenel/head-common.S這個(gè)文件中的__switch_data函數(shù)

__switch_data:

.long __mmap_switched

.long __data_loc @ r4

.long __data_start @ r5

.long __bss_start @ r6

.long _end @ r7

.long processor_id @ r4

.long __machine_arch_type @ r5

.long cr_alignment @ r6

.long init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp

/*

* The following fragment of code is executed with the MMU on in MMU mode,

* and uses absolute addresses; this is not position independent.

*

* r0 = cp#15 control register

* r1 = machine ID

* r9 = processor ID

*/

.type __mmap_switched, %function

__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, sp}

str r9, [r4] @ Save processor ID

str r1, [r5] @ Save machine type

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

stmia r6, {r0, r4} @ Save control register values

b start_kernel

這個(gè)函數(shù)做的工作是，復(fù)制數(shù)據(jù)段清楚BBS段，設(shè)置堆在指針，然后保存處理器內(nèi)核和機(jī)器內(nèi)核等工作，最后跳到start_kernel函數(shù)。于是內(nèi)核開始執(zhí)行第二階段。

第二階段

我們?cè)賮砜磇nit/目錄下的main.c的start_kernel函數(shù)，這里我只截圖了部分。

asmlinkage void __init start_kernel(void)

{

…………………….

……………………..

printk(KERN_NOTICE);

printk(linux_banner);

setup_arch(&command_line);

setup_command_line(command_line);

parse_early_param();

parse_args("Booting kernel", static_command_line, __start___param,

__stop___param - __start___param,

&unknown_bootoption);

……………………

…………………………

init_IRQ();

pidhash_init();

init_timers();

hrtimers_init();

softirq_init();

timekeeping_init();

time_init();

profile_init();

…………………………

……………………………

console_init();

………………………………

………………………………

ssssss;

}

從上面可以看出start_kernel首先是打印內(nèi)核信息，然后對(duì)bootloader傳進(jìn)來的一些參數(shù)進(jìn)行處理，再接著執(zhí)行各種各樣的初始化，在這其中會(huì)初始化控制臺(tái)。最后會(huì)調(diào)用rest_init();這個(gè)函數(shù)會(huì)啟動(dòng)掛接根文件系統(tǒng)并且啟動(dòng)init進(jìn)程。

綜上，內(nèi)核啟動(dòng)的過程大致為以下幾步：

1.檢查CPU和機(jī)器類型

2.進(jìn)行堆棧、MMU等其他程序運(yùn)行關(guān)鍵的東西進(jìn)行初始化

3.打印內(nèi)核信息

4.執(zhí)行各種模塊的初始化

5.掛接根文件系統(tǒng)

6.啟動(dòng)第一個(gè)init進(jìn)程