ARM 平臺上的Linux系統啟動(dòng)流程

　　談到這就得想到硬件機制是如何滿(mǎn)足這個(gè)功能的了。就拿S3C2440 這個(gè)芯片來(lái)說(shuō)（我的硬件平臺就是拿這個(gè)芯片作為主芯片），CPU內部集成了一塊容量為4KB 的 sram (又叫stapping stone 墊腳石)，當系統一上電，NAND controler 就自動(dòng)地將nand flash 里的前4K內容到墊腳石里，而PC 指針一上電就指向墊腳石的起始地址0x00。這樣這一部分的代碼就可以得到執行?？梢韵胂?，如果這一部分的代碼就是bootloader 的一部分，那一上電bootloader 不就可以得到運行了么？事實(shí)確實(shí)如此，在嵌入式Linux的軟件系統中，nandflash前面一部分代碼往往就是bootloader ，然后就是kernel, 再接著(zhù)就是根文件系統。

　　說(shuō)了這么多，好像都沒(méi)說(shuō)到啟動(dòng)流程啊，別著(zhù)急，咱慢慢談，所謂磨刀不誤砍柴工嘛。

　　要說(shuō)啟動(dòng)流程，如果只是簡(jiǎn)單的介紹從哪到哪，誰(shuí)干了啥啥，得到的結果可能只是只知其然不知其所以然。個(gè)人覺(jué)得隨著(zhù)CPU的PC指針走，循著(zhù)代碼的足跡才能把整個(gè)流程理清楚，當找到了代碼的執行過(guò)程，再分析一下代碼，自然知道了哪個(gè)部分完成了哪些事，更重要的是為代碼的移植打下了堅實(shí)的基礎。自然這個(gè)過(guò)程是痛苦和枯燥的，甚至是看代碼看了幾天也沒(méi)弄明白，不過(guò)這也是一種鍛煉。好了不扯了，馬上進(jìn)入主題。

bootloder :

　　前面說(shuō)了，bootloader一上電就拿到了cpu 的使用權，它當然得干一些初始化的工作啊，比如關(guān)閉看門(mén)狗、設置cpu 的運行模式、設置堆棧等等比較急迫的事情。當然還要對主板的一些其他硬件進(jìn)行簡(jiǎn)單的初始化 比如網(wǎng)卡，顯示屏，nand flash 等等的初始化工作，最后還要負責把Linux內核加載到內存中。正所謂責任和權力是并存的嘛，你得到了權益，當然就得付出。當bootloader 完成它的使命之后就會(huì )把cpu 的使用權交給下一部分代碼：kernel 。

kernel：

　　在討論kernel 是如何啟動(dòng)之前，先了解kernel 的組成結構以及是如何得來(lái)的。

　　下面這張圖是內核編譯即將結束時(shí)顯示的信息：

下面的這張圖說(shuō)明了上面的編譯過(guò)程，

　　可以看到，當內核源文件編譯鏈接成vmlinux文件以后還進(jìn)行了幾個(gè)模塊的編譯和鏈接。其中vmlinux 是ELF格式的object文件，這種文件只是各個(gè)源代碼經(jīng)過(guò)連接以后的得到的文件，并不能在arm平臺上運行。經(jīng)過(guò)objcopy這個(gè)工具轉換以后，得到了二進(jìn)制格式文件Image，Image文件相比于vmlinux 文件，除了格式不同以外，還被去除了許多注釋和調試的信息。Image文件經(jīng)過(guò)壓縮以后得到了piggy.gz ,這個(gè)文件僅僅是Image的壓縮版，并無(wú)其他不同。接著(zhù)編譯生成另外幾個(gè)模塊文件misc.o big_endian.o head.o head-xscale.o，這幾個(gè)文件組成一個(gè)叫bootstrap loader 的組件，又叫引導程序。編譯生成 piggy.o 文件。最后piggy.o文件和bootstrap loader 組成一個(gè)bootable kernel Image 文件（可啟動(dòng)文件）。

　　可以看到最后得到的可執行文件就是上圖最右邊那個(gè)，這也是我們最后燒寫(xiě)到開(kāi)發(fā)板的鏡像。其中piggy.o 就是內核鏡像，而剩下的幾個(gè)文件就組成了引導程序?！　?/p>

　　下面開(kāi)始討論CPU的流轉過(guò)程：

　　還是用一個(gè)圖來(lái)展示：

　　從上圖可以看出，系統一上電就開(kāi)始執行bootloader 當bootloader 執行完以后，把控制權交給了引導程序的head.o 文件里的start 標號處，當引導程序完成引導工作以后就將控制權轉給真正的內核的head.o 文件里的start 標號處。這里就是內核的入口點(diǎn)，最后內核的head.o將控制交給main.o 的start_kernel 函數。這樣，通過(guò)查看相應的代碼就可以知道這些代碼到底完成了哪些工作。在這里我們可以找到相應的代碼，分析一下，看它們到底完成哪些事。下面是我的分析結果：

引導程序： 又叫bootstrap loader ,作為bootloader 和kernel之間的紐帶。head.o從bootloader接過(guò)控制權后bootstrap loader開(kāi)始工作，并完成如下任務(wù)：

　　　　1. 使能 I/D caches ，關(guān)閉中斷 ， 建立C運行環(huán)境（即設置堆棧）由 head.o 和head-xscal.o 完成　　　

　　　　2. 解壓縮并重定位代碼 ，由misc.o 完成

　　　　3. 其他硬件相關(guān)的設置，如big.endian.o 為cpu設置大端模式

　　　　4. 將控制權交給內核的 head.o

內核入口點(diǎn)：從引導程序接過(guò)控制權，完成如下任務(wù)

　　　　1. 檢查有效的cpu 和cpu的信息

　　　　2. 創(chuàng )建初始化頁(yè)表入口

　　　　3. 使能MMU

　　　　4. 檢測錯誤并報告

　　　　5. 跳轉到內核本身 main.c 文件里的 start_kernel（）函數。head-common.S 有一句實(shí)現跳轉語(yǔ)句：b start_kernel

內核啟動(dòng)：從kernel 的head.o接過(guò)控制權，開(kāi)始內核的啟動(dòng)，在這里完成內核的初始化，如內核各個(gè)子系統的初始化。