以下內容源于朱有鵬嵌入式課程的學習，如有侵權，請告知刪除。

匯編階段主要是arch/arm/kernel/目錄下的head.S文件，主要完成以下內容：

（1）校驗啟動合法性；（CPU ID，機器碼，uboot給內核的傳參格式）

（2）建立段式映射的頁表并開啟MMU以方便使用內存；

（3）構建C運行環境，跳入C階段。

1、內核運行的物理地址與虛擬地址

（1）KERNEL_RAM_VADDR（VADDR就是virtual address），這個宏定義了內核運行時的虛擬地址，值為0xC0008000。

（2）KERNEL_RAM_PADDR（PADDR就是physical address），這個宏定義內核運行時的物理地址，值為0x30008000。

（3）因此，內核運行的物理地址是0x30008000，對應的虛擬地址是0xC0008000。

2、內核的真正入口

（1）__HEAD定義了段名為.head.text的段。

（2）ENTRY(stext)表明內核的真正入口。

（3）uboot啟動內核后，實際調用zImage前面的那段未經壓縮的解壓代碼，解壓代碼運行時先將zImage后面的部分解壓開，然后再去調用運行真正的內核入口（即這里）。

（4）內核啟動需要一定的先決條件，這個條件由啟動內核的bootloader（比如uboot）來構建保證。

（5）ARM體系中，函數調用時實際是通過寄存器傳參的（函數調用時傳參有兩種設計：一種是寄存器傳參，另一種是棧內存傳參）。

• uboot中最后theKernel (0, machid, bd->bi_boot_params);執行內核時，實際把0放入r0中，machid放入到了r1中，bd->bi_boot_params放入到了r2中。
• ARM的這種處理技巧剛好滿足了kernel啟動的條件和要求。

（6）此時MMU是關閉的，因此硬件上需要的是物理地址。

• 但是內核是一個整體（zImage）只能被連接到一個地址（不能分散加載），這個連接地址肯定是虛擬地址。
• 因此head.S文件中尚未開啟MMU之前的代碼必須是位置無關碼，而且其中涉及到操作硬件寄存器等時必須使用物理地址。

3、__lookup_processor_type與__lookup_machine_type

（1）cp15協處理器的c0寄存器中讀取出硬件的CPU ID號，然后調用__lookup_processor_type來進行合法性檢驗。

• 如果合法則繼續啟動，如果不合法則停止啟動，轉向__error_p啟動失敗。

（2）__lookup_processor_type檢驗cpu id合法性的方法

• 內核會維護一個本內核支持的CPU ID號碼的數組，然后該函數將從硬件中讀取到的cpu id號碼和數組中存儲的各個id號碼依次對比，如果沒有一個相等則不合法，如果有一個相等的則合法。

（3）內核啟動時設計這個校驗，也是為了內核啟動的安全性著想。

（4）__lookup_machine_type函數的設計理念和思路和上面校驗cpu id的函數一樣的，不同之處是本函數校驗的是機器碼。

4、__vet_atags

（1）該函數的設計理念和思路和上面2個一樣，用來校驗uboot給內核的傳參ATAGS格式是否正確。

• 這里說的傳參指的是uboot通過tag給內核傳的參數（主要是板子的內存分布memtag、uboot的bootargs）。

（2）uboot給內核傳參的部分如果不對，會導致內核啟動不起來。譬如uboot的bootargs設置不正確，則內核可能就會不啟動。

5、__create_page_tables

（1）此函數用來建立頁表。

（2）linux內核本身被連接在虛擬地址處，因此kernel希望盡快建立頁表并且啟動MMU進入虛擬地址工作狀態。

（3）kernel建立頁表分為2步。

• 第一步，kernel先建立一個段式頁表（和uboot中建立的頁表一樣，頁表以1MB為單位來區分）。此函數就是建立段式頁表的。段式頁表本身比較好建立（段式頁表1MB一個映射，4GB空間需要4096個頁表項，每個頁表項4字節，因此一共需要16KB內存來做頁表），但不能精細管理內存；
• 第二步，建立一個細頁表（4kb為單位的細頁表），然后啟用新的細頁表，并廢除第一步建立的段式映射頁表。

（4）內核啟動的早期建立段式頁表，并在內核啟動早期使用；內核啟動的后期再次建立細頁表并啟用。等內核工作起來后，就只有細頁表了。

6、__switch_data 函數指針數組

（1）建立段式頁表后進入__switch_data部分，它是一個函數指針數組。

（2）分析得知下一步要執行__mmap_switched函數。

• 復制數據段、清除bss段（目的是構建C語言運行環境）。
• 保存起來cpu id號、機器碼、tag傳參的首地址。
• b start_kernel跳轉到C語言運行階段。

補充

1、Makefile分析

（1）Makefile中剛開始定義了kernel的內核版本號。這個版本號在模塊化驅動安裝時會需要用到。

（2）在make編譯內核時，可以通過命令行給內核makefile傳參。譬如make O=xxx可以指定到另外一個單獨文件夾下編譯。

（3）kernel的頂層Makefile中定義了2個變量，一個是ARCH，一個是CROSS_COMPILE。

• ARCH決定當前配置編譯的路徑，譬如ARCH = arm的時候，將來在源碼目錄下去操作的arch/arm目錄。
• CROSS_COMPILE用來指定交叉編譯工具鏈的路徑和前綴。
• CROSS_COMPILE = xxx，ARCH = xxx，O=xxx，這些都可以在make時，通過命令行傳參的方式傳給頂層Makefile。
• 因此makefile可以什么都不改，而是在命令行里面輸入相應的參數（因為用了？=（如果定義了，則使用定義的，否則用默認的）），即輸入make O=/tmp/mykernel ARCH=arm CROSS_COMPILE=/usr/local/arm/arm-2009q3/bin/arm-none-linux-gnueabi-

2、鏈接腳本分析

（1）分析連接腳本，找到整個程序的entry。

（2）kernel的連接腳本并不是直接提供的，而是提供了一個匯編文件vmlinux.lds.S，然后在編譯的時候再去編譯這個匯編文件得到真正的鏈接腳本vmlinux.lds。

（3）vmlinux.lds.S在arch/arm/kernel/目錄下。

（4）為什么linux kernel不直接提供vmlinux.lds？

• .lds文件中只能寫死，不能用條件編譯。
• 在kernel中鏈接腳本時，有條件編譯的需求（但是lds格式又不支持）。
• kernel工作者把vmlinux.lds寫成一個匯編文件，然后匯編器處理的時候順便把條件編譯給處理了，得到一個不需要條件編譯的vmlinux.lds。

（5）整個程序入口在哪里？

• 從vmlinux.lds中ENTRY(stext)可以知道入口符號是stext。
• 在SI中搜索這個符號，發現arch/arm/kernel/目錄下的head.S和head-nommu.S中都有。
• head.S是啟用了MMU情況下的kernel啟動文件，相當于uboot中的start.S。head-nommu.S是未使用mmu情況下的kernel啟動文件。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的内核启动的汇编阶段——head.S文件的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。