内核移植代码分析.pdf

### 内核移植代码分析 #### 一、Bootloader及内核解压 在嵌入式系统的开发过程中，内核的加载与初始化是至关重要的一步。Bootloader的主要职责之一就是负责将内核从非易失性存储器（如Flash）加载至内存中，并为其提供必要的环境设置。这一环节涉及到了内核的解压问题，因为出于存储空间的考虑，内核常常是以压缩的形式保存的。 对于内核解压有两种主要的方法： 1. **使用内核自解压程序**： - **实现方式**：这种方法依赖于内核自带的解压代码。具体来说，在`arch/arm/boot/compressed/head.S`或针对不同处理器架构的`arch/arm/boot/compressed/head-XXXXX.S`文件中包含了自解压代码，同时还包括了`arch/arm/boot/compressed/misc.c`等支持文件来辅助解压过程。 - **工作流程**：当Bootloader将压缩格式的内核加载至内存后，会跳转到自解压代码的入口地址开始执行。这部分代码会将压缩的内核数据解压至指定位置，并且确保内核准备好开始运行。 - **优点**：简化了Bootloader的设计，使其不必具备解压功能；同时也确保了内核解压逻辑的一致性和可靠性。 - **缺点**：增加了内核的大小，因为需要包含解压逻辑。 2. **在Bootloader中增加解压功能**： - **实现方式**：另一种方法是在Bootloader中实现解压功能，这样内核本身就不需要包含解压代码了。 - **工作流程**：Bootloader读取压缩的内核数据，将其解压到内存中指定的位置，然后再跳转到解压后的内核入口开始执行。 - **优点**：减小了内核的大小，提高了系统的启动速度。 - **缺点**：增加了Bootloader的复杂度和开发难度。 #### 二、内核启动方式介绍 根据不同的应用场景和硬件配置，内核可以有不同的启动方式。这些启动方式主要可以分为以下几种： 1. **非压缩、非XIP**： - **含义**：在这种模式下，内核以非压缩形式存储在Flash中，并在启动时由Bootloader加载到内存中执行。 - **适用场景**：适用于内存资源相对充足的系统。 - **特点**：启动前需要进行重定位处理。 2. **非压缩、XIP**： - **含义**：内核以非压缩格式存储在ROM/Flash中，直接在存储介质上运行，无需加载到内存。 - **适用场景**：适用于内存资源极其有限的系统。 - **特点**：Data段复制和BSS段清零等工作由内核自身完成，但运行速度较慢。 3. **RAM自解压**： - **含义**：内核以压缩格式存储，由Bootloader加载到内存后进行解压并执行。 - **适用场景**：最常见于嵌入式产品中。 - **特点**：能够有效地利用内存空间，提高系统启动速度。 4. **ROM自解压**： - **含义**：内核以压缩格式存储在ROM/Flash中，直接在存储介质上运行自解压代码。 - **适用场景**：较少使用。 - **特点**：解压速度慢，不能节省内存空间。 #### 三、内核启动地址的确定 内核启动地址的确定直接影响到内核的加载和初始化过程。根据不同的启动方式，内核启动地址也有不同的设置方法： 1. **内核自解压方式**： - **实现机制**：通过`Head.S`或特定架构下的`head-XXX.S`文件获取内核解压后的起始地址`ZREALADDR`，并将解压后的内核放置在此地址上，然后跳转至此地址开始真正启动内核。 - **关键配置文件**： - `arch/armnommu/boot/Makefile`：定义了`ZRELADDR`和`ZTEXTADDR`，其中`ZTEXTADDR`是自解压代码的起始地址，如果内核从内存启动则设为0，若从ROM/Flash启动则设为相应的值。 - `arch/armnommu/boot/compressed/vmlinux.ld`：引用`LOAD_ADDR`和`TEXT_START`。 - `arch/armnommu/boot/compressed/Makefile`：通过`SEDFLAGS`宏设置`TEXT_START=ZTEXTADDR`和`LOAD_ADDR=ZRELADDR`。 2. **Bootloader解压方式**： - **实现机制**：Bootloader将解压后的内核放置在内存的`TEXTADDR`位置。 ### 总结 内核移植涉及复杂的硬件交互与软件配置，尤其是启动代码的编写和优化。通过对Bootloader及内核解压、启动方式以及启动地址确定的深入分析，我们可以更好地理解内核移植的核心技术和设计原则。这对于嵌入式系统开发者来说是非常宝贵的资料和经验。