uclinux啟動(dòng)過(guò)程詳細分析

存儲了可用物理內存起始地址的變量memory_start的初始化是通過(guò)一個(gè)ld腳本中定義的變量_end進(jìn)行的。ld腳本是用來(lái)控制GNU ld連接器在連接內核各個(gè)目標文件部分的時(shí)候的配置動(dòng)作，比如這樣一個(gè)腳本：

SECTION

{

。=0x10000;

.text：{*(.text)}

。=0x8000000;

.data：{*(.data)}

.bss ：{*(.bss)}

}

用來(lái)配置ld連接目標文件的時(shí)候將所有的目標文件中的存儲程序正文的.text段(section)連接到一起，并且映射到輸出文件的地址0x10000處，將所有目標文件中已初始化的數據.data段連接到一起并放置到輸出可執行文件的0x8000000地址處，而所有目標文件中還未初始化的數據段.bss連接起來(lái)后影射到輸出文件中緊跟在.data段之后的位置。

這個(gè)ld配置腳本文件對每個(gè)平臺都是不同的。如為MICETEK上所使用的uClinux版本使用的ld配置文件為arch/armnomm/vmLinux.lds?？梢酝ㄟ^(guò)修改某個(gè)平臺上的ld腳本配置文件中的_end變量來(lái)達到配置其可用物理內存起始地址的目的。

setup_arch()在完成對memory_start變量的初始化之后，通過(guò)某些特定手段檢測不同類(lèi)型的內存分布情況。比如為檢測某段地址范圍是否為RAM的方法是通過(guò)將某個(gè)地址的數據讀出來(lái)，將它加1后寫(xiě)回內存地址中，然后再讀出來(lái)和原始數據比較看看其值是否成功增加了1，這樣反復操作兩次，最后將數據恢復。如果是可讀可寫(xiě)的RAM，那么這個(gè)測試的結果就是每次比較都是成功的，否則就不能將這個(gè)地址當作RAM。

在setup_arch()中還可能根據所用平臺進(jìn)行對flash memory和ROM的測試。在這些平臺相關(guān)的工作完成之后，setup_arch()將對系統運行的第一個(gè)進(jìn)程init_task的mm_struct結構中描述地址空間分布的變量start_code，end_code，end_data和brk進(jìn)行初始化，start_code為0，其他三個(gè)數值分別為來(lái)自于ld腳本配置文件中定義的相關(guān)變量_etext、_edata和_end。

此后setup_arch()將根據Linux中為系統中的第一塊rom/flash memory card所分配的固定的主/從設備號(可以從Document/devices.txt中得到)來(lái)創(chuàng )建根文件系統的設備號，并存儲在后來(lái)將要用到的全局變量ROOT_DEV中。

setup_arch()最后完成對系統啟動(dòng)參數的保存。

在調用setup_arch()返回之后，start_kernel()中得到了系統可用物理內存的起始和結束地址，以及命令啟動(dòng)時(shí)的命令行參數。

(2) paging_init()

在Linux中，paging_init()的一項主要功能是建立頁(yè)目錄和頁(yè)表，而且將Linux移植到不同平臺的過(guò)程中非常重要的一個(gè)步驟就是修改這個(gè)函數來(lái)適應新的硬件平臺的虛擬內存體系。但是由于在uClinux中不再使用虛擬內存機制，也就不再需要維護頁(yè)目錄和頁(yè)表數據結構了，所以paging_init()在這里只是為系統啟動(dòng)的時(shí)候保留一部分特殊用途的內存區間。它返回后，從可以使用的內存空間開(kāi)始，依次是如下的數據結構：

empty_bad_page_table 占用1頁(yè)(4KB)

empty_bad_page 占用1頁(yè)(4KB)

empty_zero_page 占用1頁(yè)，并初始化為全0

mem_map

bitmap

paging_init()函數在返回前通過(guò)調用free_area_init(start_mem，end_mem)進(jìn)行建立buddy system的映射位圖關(guān)系，以及建立空閑物理頁(yè)面鏈表的操作。

(3)free_area_init()

這個(gè)函數用于建立管理物理頁(yè)幀的數據結構mem_map，有多少物理頁(yè)幀就有多少mem_map_t類(lèi)型的結構體與之相對應。每個(gè)頁(yè)面的mem_map_t結構中的flags被標明為PG_DMA和PG_reserved，并且頁(yè)幀號被賦給相應的數值。同時(shí)建立了管理空閑頁(yè)面的bitmap映射表，并且所有的位都被清零。

(3) mem_init()

mem_init()函數遍歷整個(gè)可用物理內存地址空間，將每個(gè)頁(yè)面相對應的struct page結構中flags的PG_reserved 標志位清除，標志用戶(hù)個(gè)數的count計數器置1，并同時(shí)統計可用物理頁(yè)面數量，然后打印系統的各個(gè)內存參數，如可用RAM和ROM的大小、內核代碼段和數據段大小等。

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摘 要：本文采用三星公司的S3C44B0微處理器，對uClinux操作系統內核的引導過(guò)程進(jìn)行了剖析。

關(guān)鍵字：S3C44B0X;uClinux;嵌入式系統;內核引導

1 前言

伴隨著(zhù)微電子的發(fā)展，用于嵌入式設備的處理器速度越來(lái)越快，功能也越來(lái)越強大。三星公司生產(chǎn)的S3C44B0微處理器，采用的是ARM7TDMI內核。該內核因為有著(zhù)功耗小、成本低等特點(diǎn)，因此非常適合作為移動(dòng)手持終端的處理器核心。Linux操作系統因為它的開(kāi)放性，使得它不斷的被應用到各個(gè)領(lǐng)域。在嵌入式領(lǐng)域同樣也出現了各種各樣的Linux變體，最常用的是uClinux。也正是因為uClinux操作系統支持不帶MMU單元的ARM處理器，因此該系統可以對S3C44B0微處理器有很好的支持。

在嵌入式系統開(kāi)發(fā)中，第一個(gè)部分便是系統的引導。而系統的引導過(guò)程是通過(guò)BootLoader來(lái)完成的。BootLoader程序是與硬件緊密相關(guān)的一段代碼，而且編寫(xiě)的時(shí)候比較復雜，它主要的功能是初始化微處理器以及周邊的硬件資源，并且引導操作系統的啟動(dòng)。下面我將以S3C44B0微處理器來(lái)作為例子，對uClinux操作系統內核的引導過(guò)程進(jìn)行一個(gè)剖析。

2 BootLoader程序概念

簡(jiǎn)單的說(shuō)Boot Lodaer就是在操作系統內核運行之前運行的一段小程序，通過(guò)這段小程序，可以初始化硬件設備、建立系統的內存空間映射圖，從而將系統的軟硬件環(huán)境設置成一個(gè)適合的狀態(tài)，以便為最終調用操作系統內核準備好正確的環(huán)境。最終，BootLoader把操作系統內核映象加載到RAM中，并將系統控制權傳遞給它。

2.1 典型的BootLoader程序框架

操作系統角度來(lái)說(shuō)，Boot Loader的總目標就是正確的調用內核來(lái)執行。

由于Boot Loader的實(shí)現依賴(lài)于CPU的體系結構，因此大多數Boot Loader都分為Stage1和Stage2兩大部分。依賴(lài)于CPU體系結構的代碼，例如設備初始化代碼等，通常都放在Stage1中，而且通常都用匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現，以達到短小精悍的目的。而Stage2通常用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現，這樣可以實(shí)現更加復雜的功能，而且代碼會(huì )具有更好的可讀性和可移植性。

Boot Loader的Stage1通常包括如下步驟：

1) 硬件設備初始化