arm_linux内核启动过程分析

### ARM Linux内核启动过程分析 #### 一、概述 ARM Linux内核启动过程是嵌入式系统开发中一个非常重要的环节。对于ARM平台来说，理解内核如何启动可以帮助开发者更好地掌握系统的初始化流程，这对于系统优化和故障排查具有重要意义。本篇文章将以Samsung公司的S3C2410芯片为背景，基于mini2440平台和Linux 2.6.29版本，深入探讨Linux内核的启动过程。 #### 二、启动过程详解 ##### 1. zImage自解压 Linux内核通常会被压缩成zImage格式以便于存储和传输。当内核被加载到内存后，首先执行的是一个自解压程序，它会将内核解压到内存中的指定位置，然后跳转到解压后的内核代码继续执行。 - **自解压头**: 在内核源码的`arch/arm/boot/compressed/head.S`文件中，`start`符号标记了zImage自解压的开始位置。自解压头会读取一些重要的魔数(`0x016f2818`)，以及解压后的绝对地址等信息。 - **关键指令**: 自解压过程中的一些关键指令包括: - `start:`符号之后的指令用于保存架构ID和tag指针。 - 读取当前的程序状态寄存器(CPSR)以确认处理器是否处于supervisor模式。 - 如果处理器不是处于supervisor模式，则需要通过SWI指令切换到supervisor模式。 ##### 2. bootloader引导 在内核启动之前，系统通常会先通过一个bootloader程序来引导。对于S3C2410平台，常用的bootloader是U-Boot。U-Boot负责将内核和必要的参数加载到内存中，并传递给内核。 - **加载内核**: U-Boot的`do_bootm_linux`函数负责加载Linux内核。在这个函数中，会调用`getenv`获取`bootargs`环境变量，并将其保存在`commandline`中。 - **设置tag**: 接着设置一系列tag，包括启动参数、内存信息、命令行参数、initrd等。这些tag对于内核启动至关重要。 - `setup_start_tag()`: 设置tag的起始标志。 - `setup_memory_tag()`: 传递内存布局信息。 - `setup_commandline_tag()`: 传递命令行参数。 - `setup_initrd_tag()`: 指定initrd的地址和大小。 - `setup_end_tag()`: 设置tag的结束标志。 - **清理和跳转**: 在所有准备工作完成后，会调用`cleanup_before_linux`进行一些清理操作，例如使TLB和cache失效，最后通过`theKernel`函数跳转到内核的入口地址。 #### 三、内核启动细节 在内核被加载到内存后，自解压过程主要完成了以下几个任务: 1. **读取CPSR**: 确认处理器是否处于supervisor模式。 2. **调整寄存器**: 调整r0-r6、ip、sp等寄存器，确保它们指向正确的地址。 3. **校验执行地址**: 确保代码在预期的地址上执行，对于ARM架构，这通常意味着修正从0x0地址到实际执行地址的变化。 4. **初始化硬件**: 内核开始执行后，会初始化各种硬件资源，如CPU、内存控制器、中断控制器等。 #### 四、总结 通过以上分析可以看出，ARM Linux内核启动过程涉及多个环节，从bootloader的加载到内核的自解压，再到硬件的初始化，每一步都至关重要。理解这一过程有助于我们更好地掌握ARM Linux系统的启动机制，从而在实际开发中更加高效地进行系统调试和优化。