嵌入式Linux內核移植相關(guān)代碼分析
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C、B：這兩位決定了該section的cache＆write buffer屬性，這與該段的用途(RO or RW)有密切關(guān)系。不同的用途要做不同的設置。
C B 具體含義
0 0 無(wú)cache，無(wú)寫(xiě)緩沖，任何對memory的讀寫(xiě)都反映到總線(xiàn)上。對 memory 的操作過(guò)程中CPU需要等待。
0 1 無(wú)cache，有寫(xiě)緩沖，讀操作直接反映到總線(xiàn)上。寫(xiě)操作CPU將數據寫(xiě)入到寫(xiě)緩沖后繼續運行，由寫(xiě)緩沖進(jìn)行寫(xiě)回操作。
1 0 有cache，寫(xiě)通模式，讀操作首先考慮cache hit；寫(xiě)操作時(shí)直接將數據寫(xiě)入寫(xiě)緩沖，如果同時(shí)出現cache hit，那么也更新cache。
1 1 有cache，寫(xiě)回模式，讀操作首先考慮cache hit；寫(xiě)操作也首先考慮cache hit。
由于A(yíng)RM中section表項的權限位和page表項的位置不同， 以下代碼根據struct map_desc 中的保護標志，分別計算頁(yè)表項中的AP, Domain和CB標志位。
/*******************************************************************************/
prot_pte = L_PTE_PRESENT | L_PTE_YOUNG | L_PTE_DIRTY |
(md->prot_read ? L_PTE_USER : 0) |
(md->prot_write ? L_PTE_WRITE : 0) |
(md->cacheable ? L_PTE_CACHEABLE : 0) |
(md->bufferable ? L_PTE_BUFFERABLE : 0);
prot_sect = PMD_TYPE_SECT | PMD_DOMAIN(md->domain) |
(md->prot_read ? PMD_SECT_AP_READ : 0) |
(md->prot_write ? PMD_SECT_AP_WRITE : 0) |
(md->cacheable ? PMD_SECT_CACHEABLE : 0) |
(md->bufferable ? PMD_SECT_BUFFERABLE : 0);
/********************************************************************/
設置虛擬地址，偏移地址和內存length
/********************************************************************/
virt = md->virtual;
off = md->physical - virt;
length = md->length;
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Send_linux 回復于：2007-03-06 15:45:16
/********************************************************************/
建立虛擬地址到物理地址的映射
/********************************************************************/
while ((virt 0xfffff || (virt + off) 0xfffff) length >= PAGE_SIZE) {
alloc_init_page(virt, virt + off, md->domain, prot_pte);
virt += PAGE_SIZE;
length -= PAGE_SIZE;
}
while (length >= PGDIR_SIZE) {
alloc_init_section(virt, virt + off, prot_sect);
virt += PGDIR_SIZE;
length -= PGDIR_SIZE;
}
while (length >= PAGE_SIZE) {
alloc_init_page(virt, virt + off, md->domain, prot_pte);
virt += PAGE_SIZE;
length -= PAGE_SIZE;
}
/*************************************************************************/
create_mapping的作用是設置虛地址virt 到物理地址virt + off_set的映射頁(yè)目錄和頁(yè)表。
/*************************************************************************/
/* 映射中斷向量表區域 */
init_maps->physical = virt_to_phys(init_maps);
init_maps->virtual = vectors_base();
init_maps->length = PAGE_SIZE;
init_maps->domain = DOMAIN_USER;
init_maps->prot_read = 0;
init_maps->prot_write = 0;
init_maps->cacheable = 1;
init_maps->bufferable = 0;
create_mapping(init_maps);
中斷向量表的虛地址init_maps，是用alloc_bootmem_low_pages分配的，通常是在PAGE_OFF+0x8000前面的某一頁(yè)，vectors_base()是個(gè)宏，ARM規定中斷向量表的地址只能是0或0xFFFF0000，所以上述代碼映射一頁(yè)到0或0xFFFF0000，中斷處理程序中的部分代碼也被拷貝到這一頁(yè)中。
5.3 parse_options()
分析由內核引導程序發(fā)送給內核的啟動(dòng)選項，在初始化過(guò)程中按照某些選項運行，并將剩余部分傳送給init進(jìn)程。這些選項可能已經(jīng)存儲在配置文件中，也可能是由用戶(hù)在系統啟動(dòng)時(shí)敲入的。但內核并不關(guān)心這些，這些細節都是內核引導程序關(guān)注的內容，嵌入式系統更是如此。
5.4 trap_init()
這個(gè)函數用來(lái)做體系相關(guān)的中斷處理的初始化，在該函數中調用__trap_init((void*)vectors_base())函數將exceptionvector設置到vectors_base開(kāi)始的地址上。__trap_init函數位于entry-armv.S文件中，對于A(yíng)RM處理器，共有復位、未定義指令、SWI、預取終止、數據終止、IRQ和FIQ幾種方式。SWI主要用來(lái)實(shí)現系統調用，而產(chǎn)生了IRQ之后，通過(guò)exceptionvector進(jìn)入中斷處理過(guò)程，執行do_IRQ函數。
armnommu的trap_init（）函數在arch/armnommu/kernel/traps.c文件中。vectors_base是寫(xiě)中斷向量的開(kāi)始地址，在include/asm-armnommu/proc-armv/system.h文件中設置，地址為0或0XFFFF0000。
ENTRY(__trap_init)
stmfd sp!, {r4 - r6, lr}
mrs r1, cpsr @ code from 2.0.38
bic r1, r1, #MODE_MASK @ clear mode bits /* 設置svc模式，disable IRQ,FIQ */
orr r1, r1, #I_BIT|F_BIT|MODE_SVC @ set SVC mode, disable IRQ,FIQ
msr cpsr, r1
adr r1, .LCvectors @ set up the vectors
ldmia r1, {r1, r2, r3, r4, r5, r6, ip, lr}
stmia r0, {r1, r2, r3, r4, r5, r6, ip, lr} /* 拷貝異常向量 */
add r2, r0, #0x200
adr r0, __stubs_start @ copy stubs to 0x200
adr r1, __stubs_end
1: ldr r3, [r0], #4
str r3, [r2], #4
cmp r0, r1
blt 1b
LOADREGS(fd, sp!, {r4 - r6, pc})
__stubs_start到__stubs_end的地址中包含了異常處理的代碼，因此拷貝到vectors_base+0x200的位置上。
5.5 init_IRQ()
void __init init_IRQ(void)
{
extern void init_dma(void);
int irq;
for (irq = 0; irq NR_IRQS; irq++) {
irq_desc[irq].probe_ok = 0;
irq_desc[irq].valid = 0;
irq_desc[irq].noautoenable = 0;
irq_desc[irq].mask_ack = dummy_mask_unmask_irq;
irq_desc[irq].mask = dummy_mask_unmask_irq;
irq_desc[irq].unmask = dummy_mask_unmask_irq;
}
CSR_WRITE(AIC_MDCR, 0x7FFFE); /* disable all interrupts */
CSR_WRITE(CAHCNF,0x0);/*Close Cache*/
CSR_WRITE(CAHCON,0x87);/*Flush Cache*/
while(CSR_READ(CAHCON)!=0);
CSR_WRITE(CAHCNF,0x7);/*Open Cache*/
init_arch_irq();
init_dma();
}
這個(gè)函數用來(lái)做體系相關(guān)的irq處理的初始化，irq_desc數組是用來(lái)描述IRQ的請求隊列，每一個(gè)中斷號分配一個(gè)irq_desc結構，組成了一個(gè)數組。NR_IRQS代表中斷數目，這里只是對中斷結構irq_desc進(jìn)行了初始化。在默認的初始化完成后調用初始化函數init_arch_irq，先執行arch/armnommu/kernel/irq-arch.c文件中的函數genarch_init_irq()，然后就執行include/asm-armnommu/arch-xxxx/irq.h中的inline函數irq_init_irq，在這里對irq_desc進(jìn)行了實(shí)質(zhì)的初始化。其中mask用阻塞中斷；unmask用來(lái)取消阻塞；mask_ack的作用是阻塞中斷，同時(shí)還回應ack給硬件表示這個(gè)中斷已經(jīng)被處理了，否則硬件將再次發(fā)生同一個(gè)中斷。這里，不是所有硬件需要這個(gè)ack回應，所以很多時(shí)候mask_ack與mask用的是同一個(gè)函數。
接下來(lái)執行init_dma（）函數，如果不支持DMA，可以設置include/asm-armnommu/arch-xxxx/dma.h中的MAX_DMA_CHANNELS為0，這樣在arch/armnommu/kernel/dma.c文件中會(huì )根據這個(gè)定義使用不同的函數。
5.6 sched_init()
初始化系統調度進(jìn)程，主要對定時(shí)器機制和時(shí)鐘中斷的BottomHalf的初始化函數進(jìn)行設置。與時(shí)間相關(guān)的初始化過(guò)程主要有兩步：（1）調用init_timervecs()函數初始化內核定時(shí)器機制；（2）調用init_bh()函數將BH向量TIMER_BH、TQUEUE_BH和IMMEDIATE_BH所對應的BH函數分別設置成timer_bh()、tqueue_bh()和immediate_bh()函數
5.7 softirq_init()
內核的軟中斷機制初始化函數。調用tasklet_init初始化tasklet_struct結構，軟中斷的個(gè)數為32個(gè)。用于bh的tasklet_struct結構調用tasklet_init()以后，它們的函數指針func全都指向bh_action()。bh_action就是tasklet實(shí)現bh機制的代碼，但此時(shí)具體的bh函數還沒(méi)有指定。
HI_SOFTIRQ用于實(shí)現bottom half，TASKLET_SOFTIRQ用于公共的tasklet。
open_softirq(TASKLET_SOFTIRQ, tasklet_action, NULL); /* 初始化公共的tasklet_struct要用到的軟中斷 */
open_softirq(HI_SOFTIRQ, tasklet_hi_action, NULL); /* 初始化tasklet_struct實(shí)現的bottom half調用 */
這里順便講一下軟中斷的執行函數do_softirq()。
軟中斷服務(wù)不允許在一個(gè)硬中斷服務(wù)程序內部執行，也不允許在一個(gè)軟中斷服務(wù)程序內部執行，所以通過(guò)in_interrupt()加以檢查。h->action 就是串行化執行軟中斷，當bh 的tasklet_struct鏈入的時(shí)候，就能在這里執行，在bh里重新鎖定了所有CPU，導致一個(gè)時(shí)間只有一個(gè)CPU可以執行bh函數，但是do_softirq()是可以在多CPU上同時(shí)執行的。而每個(gè)tasklet_struct在一個(gè)時(shí)間上是不會(huì )出現在兩個(gè)CPU上的。另外，只有當Linux初始化完成開(kāi)啟中斷后，中斷系統才可以開(kāi)始工作。
5.8 time_init()
這個(gè)函數用來(lái)做體系相關(guān)的timer的初始化，armnommu的在arch/armnommu/kernel/time.c。這里調用了在include/asm-armnommu/arch-xxxx/time.h中的inline函數setup_timer，setup_timer（）函數的設計與硬件設計緊密相關(guān)，主要是根據硬件設計情況設置時(shí)鐘中斷號和時(shí)鐘頻率等。
void __inline__ setup_timer (void)
{
/*----- disable timer -----*/
CSR_WRITE(TCR0, xxx);
CSR_WRITE (AIC_SCR7, xxx); /* setting priority level to high */
/* timer 0: 100 ticks/sec */
CSR_WRITE(TICR0, xxx);
timer_irq.handler = xxxxxx_timer_interrupt;
setup_arm_irq(IRQ_TIMER, timer_irq); /* IRQ_TIMER is the interrupt number */
INT_ENABLE(IRQ_TIMER);
/* Clear interrupt flag */
CSR_WRITE(TISR, xxx);
/* enable timer */
CSR_WRITE(TCR0, xxx);
}
5.9 console_init()
控制臺初始化?？刂婆_也是一種驅動(dòng)程序，由于其特殊性，提前到該處完成初始化，主要是為了提前看到輸出信息，據此判斷內核運行情況。很多嵌入式Linux操作系統由于沒(méi)有在/dev目錄下正確配置console設備，造成啟動(dòng)時(shí)發(fā)生諸如unable to open an initialconsole的錯誤。
/*******************************************************************************/
init_modules()函數到smp_init()函數之間的代碼一般不需要作修改，
如果平臺具有特殊性，也只需對相關(guān)函數進(jìn)行必要修改。
這里簡(jiǎn)單注明了一下各個(gè)函數的功能，以便了解。
/*******************************************************************************/
5.10 init_modules()
模塊初始化。如果編譯內核時(shí)使能該選項，則內核支持模塊化加載/卸載功能
5.11 kmem_cache_init()
內核Cache初始化。
5.12 sti()
使能中斷，這里開(kāi)始，中斷系統開(kāi)始正常工作。
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Send_linux 回復于：2007-03-06 15:46:04
5.13 calibrate_delay()
近似計算BogoMIPS數字的內核函數。作為第一次估算，calibrate_delay計算出在每一秒內執行多少次__delay循環(huán)，也就是每個(gè)定時(shí)器滴答（timer tick）D百分之一秒內延時(shí)循環(huán)可以執行多少次。這種計算只是一種估算，結果并不能精確到納秒，但這個(gè)數字供內核使用已經(jīng)足夠精確了。
BogoMIPS的數字由內核計算并在系統初始化的時(shí)候打印。它近似的給出了每秒鐘CPU可以執行一個(gè)短延遲循環(huán)的次數。在內核中，這個(gè)結果主要用于需要等待非常短周期的設備驅動(dòng)程序DD例如，等待幾微秒并查看設備的某些信息是否已經(jīng)可用。
計算一個(gè)定時(shí)器滴答內可以執行多少次循環(huán)需要在滴答開(kāi)始時(shí)就開(kāi)始計數，或者應該盡可能與它接近。全局變量jiffies中存儲了從內核開(kāi)始保持跟蹤時(shí)間開(kāi)始到現在已經(jīng)經(jīng)過(guò)的定時(shí)器滴答數， jiffies保持異步更新，在一個(gè)中斷內——每秒一百次，內核暫時(shí)掛起正在處理的內容，更新變量，然后繼續剛才的工作。
5.14 mem_init()
內存初始化。本函數通過(guò)內存碎片的重組等方法標記當前剩余內存, 設置內存上下界和頁(yè)表項初始值。
5.15 kmem_cache_sizes_init()
內核內存管理器的初始化，也就是初始化cache和SLAB分配機制。
5.16 pgtable_cache_init()
頁(yè)表cache初始化。
5.17 fork_init()
這里根據硬件的內存情況，如果計算出的max_threads數量太大，可以自行定義。
5.18 proc_caches_init();
為proc文件系統創(chuàng )建高速緩沖
5.19 vfs_caches_init(num_physpages);
為VFS創(chuàng )建SLAB高速緩沖
5.20 buffer_init(num_physpages);
初始化buffer
5.21 page_cache_init(num_physpages);
頁(yè)緩沖初始化
5.22 signals_init();
創(chuàng )建信號隊列高速緩沖
5.23 proc_root_init();
在內存中創(chuàng )建包括根結點(diǎn)在內的所有節點(diǎn)
5.24 check_bugs();
檢查與處理器相關(guān)的bug
5.25 smp_init();
5.26 rest_init(); 此函數調用kernel_thread(init, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGNAL)函數。
5.26.1 kernel_thread()函數分析
這里調用了arch/armnommu/kernel/process.c中的函數kernel_thread，kernel_thread函數中通過(guò) __syscall(clone) 創(chuàng )建新線(xiàn)程。__syscall(clone)函數參見(jiàn)armnommu/kernel目錄下的entry-common.S文件。
5.26.2 init()完成下列功能：
Init()函數通過(guò)kernel_thread(init, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGNAL)的回調函數執行，完成下列功能。
do_basic_setup()
在該函數里，sock_init()函數進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )相關(guān)的初始化，占用相當多的內存，如果所開(kāi)發(fā)系統不支持網(wǎng)絡(luò )功能，可以把該函數的執行注釋掉。
do_initcalls()實(shí)現驅動(dòng)的初始化, 這里需要與vmlinux.lds聯(lián)系起來(lái)看才能明白其中奧妙。
static void __init do_initcalls(void)
{
initcall_t *call;
call = __initcall_start;
do {
(*call)();
call++;
} while (call __initcall_end);
/* Make sure there is no pending stuff from the initcall sequence */
flush_scheduled_tasks();
}
查看 /arch/i386/vmlinux.lds，其中有一段代碼
__initcall_start = .;
.initcall.init : { *(.initcall.init) }
__initcall_end = .;
其含義是__initcall_start指向代碼節.initcall.init的節首，而__initcall_end指向.initcall.init的節尾。
do_initcalls所作的是系統中有關(guān)驅動(dòng)部分的初始化工作，那么這些函數指針數據是怎樣放到了.initcall.init節呢？在include/linux/init.h文件中有如下3個(gè)定義：
1. #define __init_call __attribute__ ((unused,__section__ (.initcall.init)))
__attribute__的含義就是構建一個(gè)在.initcall.init節的指向初始函數的指針。
2. #define __initcall(fn) static initcall_t __initcall_##fn __init_call = fn
##意思就是在可變參數使用宏定義的時(shí)候構建一個(gè)變量名稱(chēng)為所指向的函數的名稱(chēng)，并且在前面加上__initcall_
3. #define module_init(x) __initcall(x);
很多驅動(dòng)中都有類(lèi)似module_init(usb_init)的代碼，通過(guò)該宏定義逐層解釋存放到.initcall.int節中。
blkmem相關(guān)的修改(do_initcalls()初始化驅動(dòng)時(shí)執行此代碼)
在blkmem_init()函數中，調用了blk_init_queue()函數，blk_init_queue()函數調用了 blk_init_free_list()函數，blk_init_free_list()函數又調用了blk_grow_request_list() 函數，在這個(gè)函數中會(huì )kmem_cache_alloc出nr_requests個(gè)request結構體。
這里如果nr_requests的值太大，則將占用過(guò)多的內存，將造成硬件內存不夠，因此可以根據實(shí)際情況將其替換成了較小的值，比如32、16等。
free_initmem
這個(gè)函數在arch/armnommu/mm/init.c文件中，其作用就是對init節的釋放，也可以通過(guò)修改代碼指定為不釋放。
5.26.3 init執行過(guò)程
在內核引導結束并啟動(dòng)init之后，系統就轉入用戶(hù)態(tài)的運行，在這之后創(chuàng )建的一切進(jìn)程，都是在用戶(hù)態(tài)進(jìn)行。這里先要清楚一個(gè)概念：就是init進(jìn)程雖然是從內核開(kāi)始的，即在前面所講的init/main.c中的init()函數在啟動(dòng)后就已經(jīng)是一個(gè)核心線(xiàn)程，但在轉到執行init程序（如 /sbin/init）之后，內核中的init()就變成了/sbin/init程序，狀態(tài)也轉變成了用戶(hù)態(tài)，也就是說(shuō)核心線(xiàn)程變成了一個(gè)普通的進(jìn)程。這樣一來(lái)，內核中的init函數實(shí)際上只是用戶(hù)態(tài)init進(jìn)程的入口，它在執行execve(/sbin/init,argv_init, envp_init)時(shí)改變成為一個(gè)普通的用戶(hù)進(jìn)程。這也就是exec函數的乾坤大挪移法，在exec函數調用其他程序時(shí)，當前進(jìn)程被其他進(jìn)程“靈魂附體”。
除此之外，它們的代碼來(lái)源也有差別，內核中的init()函數的源代碼在/init/main.c中，是內核的一部分。而/sbin/init程序的源代碼是應用程序。
init程序啟動(dòng)之后，要完成以下任務(wù)：檢查文件系統，啟動(dòng)各種后臺服務(wù)進(jìn)程，最后為每個(gè)終端和虛擬控制臺啟動(dòng)一個(gè)getty進(jìn)程供用戶(hù)登錄。由于所有其它用戶(hù)進(jìn)程都是由init派生的，因此它又是其它一切用戶(hù)進(jìn)程的父進(jìn)程。
init進(jìn)程啟動(dòng)后，按照/etc/inittab的內容進(jìn)程系統設置。很多嵌入式系統用的是BusyBox的init，它與一般所使用的init不一樣，會(huì )先執行/etc/init.d/rcS而非/etc/rc.d/rc.sysinit。
小結：
本想多整理一些相關(guān)資料，無(wú)奈又要開(kāi)始新項目的奔波，start_kernel()函數也剛好差不多講完了，分析的不是很深入，希望對嵌入式Linux移植的網(wǎng)友們有一些幫助。最后列舉下面幾處未整理的知識點(diǎn)，有興趣的網(wǎng)友可作進(jìn)一步探討。
text.init和data.init說(shuō)明
__init標示符在gcc編譯器中指定將該函數置于內核的特定區域。在內核完成自身初始化之后，就試圖釋放這個(gè)特定區域。實(shí)際上，內核中存在兩個(gè)這樣的區域，.text.init和.data.initDD第一個(gè)是代碼初始化使用的，另外一個(gè)是數據初始化使用的。另外也可以看到 __initfunc和__initdata標志，前者和__init類(lèi)似，標志初始化專(zhuān)用代碼，后者則標志初始化專(zhuān)用數據。
System.map內核符號表
irq的處理過(guò)程
Linux內核調度過(guò)程本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/149812.htm linux操作系統文章專(zhuān)題:linux操作系統詳解（linux不再難懂）
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