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ARM-Linux内核启动的分析

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内核启动

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这是一篇对armlinux内核启动的分析，主要是arch/arm/kernel/head-armv.S文件， head-armv.S文件是整个内核的入口，也就是说bootloader执行完毕后将跳转到head-armv.S的第一条指令，head-armv.S执行完后将跳转到start_kernel()，在head-armv.S的执行过程中也用到了其他一些文件，包括arch/arm/kernel/debug-armv.S、arch/arm/mm/proc-arm920.S等等由于此分析基于MX1的内核启动过程，因此除了通用代码，只有定义在CONFIG_ARCH_MX1ADS下的代码和proc-arm920.S（arm920是MX1的CPU）的代码被分析

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1．介绍..........................................................................................2

2．相关定义介绍..........................................................................3

2．1．TEXTADDR ......................................................3

2．2．stext....................................................................3

2．3．swapper_pg_dir..................................................4

2．4．(M)pgtbl.............................................................4

2．5．(M)krnladr..........................................................5

2．6．.proc.info 段.......................................................5

2．7．__proc_info_begin/__proc_info_end.................6

2．8．.arch.info 段 .......................................................7

2．9．__arch_info_begin/__arch_info_end.................8

3．代码分析..................................................................................9

3．1．KERNEL ENTRY..............................................9

3．2．__arm920_setup...............................................11

3．3．__ret .................................................................13

3．4．__mmap_switched ...........................................14

3．5．__lookup_processor_type ................................16

3．6．__lookup_architecture_type.............................16

3．7．__create_page_tables.......................................19

1．介绍

这是一篇对 armlinux 内核启动的分析，主要是 arch/arm/kernel/head-armv.S 文

件， head-armv.S 文件是整个内核的入口，也就是说 bootloader 执行完毕后将跳

转到 head-armv.S 的第一条指令，head-armv.S 执行完后将跳转到 start_kernel()，

在 head-armv.S 的执行过程中也用到了其他一些文件，包括

arch/arm/kernel/debug-armv.S、arch/arm/mm/proc-arm920.S 等等

由于此分析基于 MX1 的内核启动过程，因此除了通用代码，只有定义在

CONFIG_ARCH_MX1ADS 下的代码和 proc-arm920.S（arm920 是 MX1 的 CPU）

的代码被分析

在下面程序流程的说明中，MX1 板子启动过程中的寄存器值将会用绿色字

体表示出来，而对于专门针对 MX1 的代码则会用下划线字体

表示

2．相关定义介绍

2．1．TEXTADDR

TEXTADDR 是内核 Image 的映像地址，也是内核 Image 所处的虚拟地址，

它在系统内核空间起始地址——通常是 0xC0000000（这相对应于物理内存开始

的地方）+32K 的位置，也就是 0xC0008000 处 TEXTADDR 的赋值在

arch/arm/Makefile 文件中：（0xC0008000）

ifeq ($(CONFIG_CPU_32),y)

PROCESSOR = armv

TEXTADDR = 0xC0008000

LDSCRIPT = arch/arm/vmlinux-armv.lds.in

endif

在内核映像之前的 16K 空间用来存放内核的页目录表，这就是为什么

TEXTADDR 要在系统要放在 0xC0008000 的缘故——它必须留出足够的物理空

间来放页表

在 head-armv.S 中 TEXTADDR 将被检测：

#if (TEXTADDR & 0xffff) != 0x8000 //TEXTADDR 必须为 0xXXXX8000

#error TEXTADDR must start at 0xXXXX8000

#endif

2．2．stext

stext 是 TEXTADDR 相对应的物理地址，由于内核空间的起始地址

（0xC0000000）相对应的物理地址就是最低物理内存的地址，因此 stext 就是最

低物理内存+32K 处（虽然这并不是有内核指定，而是由 bootloader 指定），它的

赋值在连接脚本 vmlinux-armv.lds.in 中实现：（0x08008000）

ENTRY(stext)

SECTIONS

{

. = TEXTADDR; //此处的映像地址为 TEXTADDR

.init : { /* Init code and data */

_stext = .; //stext 为此处的物理地址

2．3．swapper_pg_dir

swapper_pg_dir 是页表的映像地址，由于启动页表在内核 Image 之前的 16K

处，因此它等于 0xC0004000，它的定义在 head-armv.S 文件中

.globl SYMBOL_NAME(swapper_pg_dir) //设置 swapper_pg_dir

.equ SYMBOL_NAME(swapper_pg_dir), TEXTADDR - 0x4000

在定义 init 进程的 mm_struct 结构的宏 INIT_MM 中，swapper_pg_dir 作为页表基

址被赋给 init_mm，INIT_MM 定义在 include/linux/sched.h 文件中：

#define INIT_MM(name) \

{ \

…

pgd: swapper_pg_dir, \

…

}

2．4．(M)pgtbl

pgtbl 是一个用于获得启动页表物理地址的宏，它将 stext 减去 16K 给 reg，

它也在 head-armv.S 中定义：

.macro pgtbl, reg, rambase

adr \reg, stext

sub \reg, \reg, #0x4000 //reg=stext-0x4000

.endm

2．5．(M)krnladr

这个宏用于由 pgtable 获得内核空间的起始物理地址的所在的段（MB），将

pgtable，也就是页表地址（和内核空间的起始物理地址在同一个段内）和

0x000FFFFF 相与，因为页表地址后 12 位为零，所以将其和 0x000FF000 相与

* Since the page table is closely related to the kernel start address, we

* can convert the page table base address to the base address of the section

* containing both.

.macro krnladr, rd, pgtable, rambase

bic \rd, \pgtable, #0x000ff000

.endm

2．6．.proc.info 段

.proc.info 段中存放的是各种处理器的信息，每个处理器的信息用一个

proc_info_list 结构来表示，这个结构在 include/asm/procinfo.h 文件中声明：

struct proc_info_list {

unsigned int cpu_val; //处理器类型

unsigned int cpu_mask; //处理器类型掩码

unsigned long __cpu_mmu_flags; /* used by head-armv.S */

unsigned long __cpu_flush; /* used by head-armv.S */

const char *arch_name;

const char *elf_name;

unsigned int elf_hwcap;

struct proc_info_item *info;

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