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很久以前分析的，一直在電腦的一個角落，今天發現貼出來和大家分享下。由于是word直接粘過來的有點亂，敬請諒解！

S3C2410?Linux?2.6.35.7啟動分析(第一階段)

arm?linux?內核生成過程?

1.?依據arch/arm/kernel/vmlinux.lds?生成linux內核源碼根目錄下的vmlinux，這個vmlinux屬于未壓縮，帶調試信息、符號表的最初的內核，大小約23MB；?
命令：arm-linux-gnu-ld?-o?vmlinux?-T?arch/arm/kernel/vmlinux.lds??
arch/arm/kernel/head.o??
init/built-in.o??
--start-group???
arch/arm/mach-s3c2410/built-in.o???
kernel/built-in.o??????????
mm/built-in.o???
fs/built-in.o???
ipc/built-in.o???
drivers/built-in.o???
net/built-in.o??
--end-group?.tmp_kallsyms2.o?

2.?將上面的vmlinux去除調試信息、注釋、符號表等內容，生成arch/arm/boot/Image，這是不帶多余信息的linux內核，Image的大小約3.2MB；?
??命令:arm-linux-gnu-objcopy?-O?binary?-S??vmlinux?arch/arm/boot/Image?

3.將?arch/arm/boot/Image?用gzip?-9?壓縮生成arch/arm/boot/compressed/piggy.gz大小約1.5MB；??????????命令:gzip?-f?-9?<?arch/arm/boot/compressed/../Image?>?arch/arm/boot/compressed/piggy.gz?

4.?編譯arch/arm/boot/compressed/piggy.S?生成arch/arm/boot/compressed/piggy.o大小約1.5MB，這里實際上是將piggy.gz通過piggy.S編譯進piggy.o文件中。而piggy.S文件僅有6行，只是包含了文件piggy.gz;?
?命令:arm-linux-gnu-gcc?-o?arch/arm/boot/compressed/piggy.o?arch/arm/boot/compressed/piggy.S?

5.?依據arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds?將arch/arm/boot/compressed/目錄下的文件head.o?、piggy.o?、misc.o鏈接生成?arch/arm/boot/compressed/vmlinux，這個vmlinux是經過壓縮且含有自解壓代碼的內核,大小約1.5MB;?
命令:arm-linux-gnu-ld?zreladdr=0x30008000?params_phys=0x30000100?-T?arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds?arch/arm/boot/compressed/head.o?arch/arm/boot/compressed/piggy.o?arch/arm/boot/compressed/misc.o?-o?arch/arm/boot/compressed/vmlinux?

6.?將arch/arm/boot/compressed/vmlinux去除調試信息、注釋、符號表等內容，生成arch/arm/boot/zImage大小約1.5MB;這已經是一個可以使用的linux內核映像文件了；?
命令:arm-linux-gnu-objcopy?-O?binary?-S??arch/arm/boot/compressed/vmlinux??arch/arm/boot/zImage?

7.?將arch/arm/boot/zImage添加64Bytes的相關信息打包為arch/arm/boot/uImage大小約1.5MB;?
命令:?./mkimage?-A?arm?-O?linux?-T?kernel?-C?none?-a?0x30008000?-e?0x30008000?-n?'Linux-2.6.35.7'?-d?arch/arm/boot/zImage?arch/arm/boot/uImage

?

?

內核啟動分析：

本文著重分析S3C2410?linux-2.6.35.7?內核啟動的詳細過程，主要包括：?zImage?解壓縮階段、?vmlinux?啟動匯編階段、?startkernel?到創建第一個進程階段三個部分，一般將其稱為?linux?內核啟動一、二、三階段，本文也將采用這種表達方式。對于?zImage?之前的啟動過程，本文不做表述，可參考前面正亮講得?“?u-boot的啟動過程分析”。

?

本文中涉及到的術語約定如下：

基本內核映像：即內核編譯過程中最終在內核源代碼根目錄下生成的?vmlinux?映像文件，并不包含任何內核解壓縮和重定位代碼；

zImage?內核映像：包含了內核piggy.o及解壓縮和重定位代碼，通常是目標板?bootloader?加載的對象；

zImage?下載地址：即?bootloader?將?zImage?下載到目標板內存的某個地址或者?nand?read?將?zImage?讀到內存的某個地址；

zImage?加載地址：由?Linux?的?bootloader?完成的將?zImage?搬移到目標板內存的某個位置所對應的地址值，默認值?0x30008000?。

1、?Linux?內核啟動第一階段：內核解壓縮和重定位

該階段是從?u-boot?引導進入內核執行的第一階段，我們知道?u-boot?引導內核啟動的最后一步是：通過一個函數指針?thekernel()帶三個參數跳轉到內核（?zImage?）入口點開始執行，此時，?u-boot?的任務已經完成，控制權完全交給內核（?zImage?）。?

稍作解釋，在?u-boot?的文件arch\arm\lib\bootm.c(uboot-2010.9)中定義了?thekernel,?并在?do_bootm_linux?的最后執行?thekernel.

定義如下：void?(*theKernel)(int?zero,?int?arch,?uint?params);?

theKernel?=?(void?(*)(int,?int,?uint))ntohl(hdr->ih_ep);?

//hdr->ih_ep----Entry?Point?Address?uImage?中指定的內核入口點，這里是?0x30008000?。?

theKernel?(0,?bd->bi_arch_number,?bd->bi_boot_params);?

其中第二個參數為機器?ID,?第三參數為?u-boot?傳遞給內核參數存放在內存中的首地址，此處是?0x30000100?。?

由上述?zImage?的生成過程我們可以知道，第一階段運行的內核映像實際就是arch/arm/boot/compressed/vmlinux，而這一階段所涉及的文件也只有三個：???

(1)arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds

(2)arch/arm/boot/compressed/head.S??????

(3)arch/arm/boot/compressed/misc.c?

下面的圖是使用64MRAM時，通常的內存分布圖：

下面我們的分析集中在?arch/arm/boot/compressed/head.S,?適當參考?vmlinux.lds?。

從linux/arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds文件可以看出head.S的入口地址為ENTRY(_start)，也就是head.S匯編文件的_start標號開始的第一條指令。

下面從head.S中得_start?標號開始分析。(有些指令不影響初始化，暫時略去不分析)

代碼位置在/arch/arm/boot/compressed/head.S中：?

start:

.type?start,#function???/*uboot跳轉到內核后執行的第一條代碼*/

.rept?8????????????/*重復定義8次下面的指令，也就是空出中斷向量表的位置*/

?mov?r0,?r0????????????/*就是nop指令*/

.endr

?

b?1f???????????????????@?跳轉到后面的標號1處

.word?0x016f2818?@?輔助引導程序的幻數，用來判斷鏡像是否是zImage

.word?start?@?加載運行zImage的絕對地址，start表示賦的初值

.word?_edata?@?zImage結尾地址，_edata是在vmlinux.lds.S中定義的，表示init,text,data三個段的結束位置

1:?mov?r7,?r1?@?save?architecture?ID?保存體系結構ID?用r1保存

mov?r8,?r2?@?save?atags?pointer?保存r2寄存器?參數列表，r0始終為0

mrs?r2,?cpsr?@?get?current?mode??得到當前模式

tst?r2,?#3?@?not?user?，tst實際上是相與,判斷是否處于用戶模式

bne?not_angel????????????@?如果不是處于用戶模式，就跳轉到not_angel標號處

/*如果是普通用戶模式，則通過軟中斷進入超級用戶權限模式*/

mov?r0,?#0x17?@?angel_SWIreason_EnterSVC，向SWI中傳遞參數

swi?0x123456?@?angel_SWI_ARM這個是讓用戶空間進入SVC空間

not_angel:????????????????????????????????/*表示非用戶模式，可以直接關閉中斷*/

mrs?r2,?cpsr?@?turn?off?interrupts?to?讀出cpsr寄存器的值放到r2中

orr?r2,?r2,?#0xc0?@?prevent?angel?from?running關閉中斷

msr?cpsr_c,?r2???????????@?把r2的值從新寫回到cpsr中

?

/*讀入地址表。因為我們的代碼可以在任何地址執行，也就是位置無關代碼（PIC），所以我們需要加上一個偏移量。下面有每一個列表項的具體意義。

LC0是表的首項，它本身就是在此head.s中定義的

.type?LC0,?#object

LC0:?.word?LC0?@?r1?LC0表的起始位置

.word?__bss_start?@?r2?bss段的起始地址在vmlinux.lds.S中定義

.word?_end?@?r3?zImage（bss）連接的結束地址在vmlinux.lds.S中定義

.word?zreladdr?@?r4?zImage的連接地址，我們在arch/arm/mach-s3c2410/makefile.boot中定義的

.word?_start?@?r5?zImage的基地址，bootp/init.S中的_start函數，主要起傳遞參數作用

.word?_got_start?@?r6?GOT（全局偏移表）起始地址，_got_start是在compressed/vmlinux.lds.in中定義的

.word?_got_end?@?ip?GOT結束地址

.word?user_stack+4096?@?sp?用戶棧底?user_stack是緊跟在bss段的后面的，在compressed/vmlinux.lds.in中定義的

@?在本head.S的末尾定義了zImag的臨時棧空間，在這里分配了4K的空間用來做堆棧。

.section?".stack",?"w"

user_stack:?.space?4096

GOT表的初值是連接器指定的，當時程序并不知道代碼在哪個地址執行。如果當前運行的地址已經和表上的地址不一樣，還要修正GOT表。*/

.text

adr?r0,?LC0??????????????????????????????/*把地址表的起始地址放入r0中*/

ldmia?r0,?{r1,?r2,?r3,?r4,?r5,?r6,?ip,?sp}?/*加載地址表中的所有地址到相應的寄存器*/

@r0是運行時地址，而r1則是鏈接時地址，而它們兩都是表示LC0表的起始位置，這樣他們兩的差則是運行和鏈接的偏移量，糾正了這個偏移量才可以運行與”地址相關的代碼“

subs?r0,?r0,?r1?@?calculate?the?delta?offset?計算偏移量，并放入r0中

beq?not_relocated?@?if?delta?is?zero,?we?are?running?at?the?address?we??were?linked?at.

@?如果為0，則不用重定位了，直接跳轉到標號not_relocated處執行

/*

??*???偏移量不為零，說明運行在不同的地址，那么需要修正幾個指針?

?????????*???r5?–?zImage基地址?

?????????*???r6?–?GOT（全局偏移表）起始地址?

?????????*???ip?–?GOT結束地址?

*/

add?r5,?r5,?r0?/*加上偏移量修正zImage基地址*/

add?r6,?r6,?r0?/*加上偏移量修正GOT（全局偏移表）起始地址*/

add?ip,?ip,?r0?/*加上偏移量修正GOT（全局偏移表）結束地址*/

??????????????/*

??*?這時需要修正BSS區域的指針，我們平臺適用。?

??????????*???r2?–?BSS?起始地址?

????????????*???r3?–?BSS?結束地址?

????????????*???sp?–?堆棧指針?

*/

add?r2,?r2,?r0?/*加上偏移量修正BSS?起始地址*/

add?r3,?r3,?r0?/*加上偏移量修正BSS?結束地址*/

add?sp,?sp,?r0?/*加上偏移量修正堆棧指針*/

/*

*?重新定位GOT表中所有的項.

*/

1:?ldr?r1,?[r6,?#0]?@?relocate?entries?in?the?GOT

add?r1,?r1,?r0?@?table.??This?fixes?up?the

str?r1,?[r6],?#4?@?C?references.

cmp?r6,?ip

blo?1b

not_relocated:?mov?r0,?#0?

1:?str?r0,?[r2],?#4?@?clear?bss?清除bss段

str?r0,?[r2],?#4

str?r0,?[r2],?#4

str?r0,?[r2],?#4

cmp?r2,?r3

blo?1b

bl?cache_on????????/*?開啟指令和數據Cache?，為了加快解壓速度*/

@?這里的?r1,r2?之間的空間為解壓縮內核程序所使用，也是傳遞給?decompress_kernel?的第二和第三的參數

mov?r1,?sp?@?malloc?space?above?stack

add?r2,?sp,?#0x10000?@?64k?max解壓縮的緩沖區

@下面程序的意義就是保證解壓地址和當前程序的地址不重疊。上面分配了64KB的空間來做解壓時的數據緩存。

/*

?*???檢查是否會覆蓋內核映像本身?

?*???r4?=?最終解壓后的內核首地址?

?*???r5?=?zImage?的運行時首地址，一般為?0x30008000

?*???r2?=?end?of?malloc?space分配空間的結束地址（并且處于本映像的前面）?

?*?基本要求：r4?>=?r2?或者?r4?+?映像長度?<=?r5?

(1)vmlinux?的起始地址大于?zImage?運行時所需的最大地址（?r2?）?,?那么直接將?zImage?解壓到?vmlinux?的目標地址

cmp?r4,?r2

bhs?wont_overwrite?/*如果r4大于或等于r2的話*/

(2)zImage?的起始地址大于?vmlinux?的目標起始地址加上?vmlinux?大小（?4M?）的地址，所以將?zImage?直接解壓到?vmlinux?的目標地址

add?r0,?r4,?#4096*1024?@?4MB?largest?kernel?size

cmp?r0,?r5

bls?wont_overwrite?/*如果r4?+?映像長度?<=?r5?的話*/

@?前兩種方案通常都不成立，不會跳轉到wont_overwrite標號處，會繼續走如下分支，其解壓后的內存分配示意圖如下：

mov?r5,?r2?@?decompress?after?malloc?space

mov?r0,?r5??????????/*解壓程序從分配空間后面存放?*/

mov?r3,?r7

bl?decompress_kernel

/******************************進入decompress_kernel***************************************************/

@?decompress_kernel共有4個參數，解壓的內核地址、緩存區首地址、緩存區尾地址、和芯片ID，返回解壓縮代碼的長度。

decompress_kernel(ulg?output_start,?ulg?free_mem_ptr_p,?ulg?free_mem_ptr_end_p,

??int?arch_id)

{

output_data?=?(uch?*)output_start;/*?Points?to?kernel?start?*/

free_mem_ptr?=?free_mem_ptr_p;?????/*保存緩存區首地址*/

free_mem_ptr_end?=?free_mem_ptr_end_p;/*保存緩沖區結束地址*/

__machine_arch_type?=?arch_id;???????????

arch_decomp_setup();??

makecrc();?????????????????????????????/*鏡像校驗*/

putstr("Uncompressing?Linux...");

gunzip();????????????????????????????/*通過free_mem_ptr來解壓縮*/

putstr("?done,?booting?the?kernel.\n");

return?output_ptr;?????????????????????/*返回鏡像的大小*/

}

/******************************從decompress_kernel函數返回*************************************************/

add?r0,?r0,?#127?+?128

bic?r0,?r0,?#127?@?align?the?kernel?length對齊內核長度

/*

?*?r0?????=?解壓后內核長度

?*?r1-r3??=?未使用?

?*?r4?????=?真正內核執行地址??0x30008000

?*?r5?????=?臨時解壓內核Image的起始地址?

?*?r6?????=?處理器ID?????????

?*?r7?????=?體系結構ID?????????

?*?r8?????=?參數列表???????????????0x30000100

?*?r9-r14?=?未使用

?*/

@?完成了解壓縮之后，由于內核沒有解壓到正確的地址，最后必須通過代碼搬移來搬到指定的地址0x30008000。搬運過程中有

@?可能會覆蓋掉現在運行的重定位代碼，所以必須將這段代碼搬運到安全的地方，

@?這里搬運到的地址是解壓縮了的代碼的后面r5+r0的位置。

add?r1,?r5,?r0?@?end?of?decompressed?kernel?解壓內核的結束地址

adr?r2,?reloc_start

ldr?r3,?LC1?????????????@?LC1:?.word?reloc_end?-?reloc_start?表示reloc_start段代碼的大小

add?r3,?r2,?r3

1:?ldmia?r2!,?{r9?-?r14}?????@?copy?relocation?code

stmia?r1!,?{r9?-?r14}

ldmia?r2!,?{r9?-?r14}

stmia?r1!,?{r9?-?r14}

cmp?r2,?r3

blo?1b

bl?cache_clean_flush??@清?cache

ARM(add?pc,?r5,?r0)?????????????????????@?call?relocation?code?跳轉到重定位代碼開始執行

@?在此處會調用重定位代碼reloc_start來將Image?的代碼從緩沖區r5幫運到最終的目的地r4:0x30008000處

reloc_start:?add?r9,?r5,?r0?????????@r9中存放的是臨時解壓內核的末尾地址

sub?r9,?r9,?#128??????@?不拷貝堆棧

mov?r1,?r4??????@r1中存放的是目的地址0x30008000

1:

.rept?4

ldmia?r5!,?{r0,?r2,?r3,?r10?-?r14}?@?relocate?kernel

stmia?r1!,?{r0,?r2,?r3,?r10?-?r14}?/*搬運內核Image的過程*/

.endr

cmp?r5,?r9

blo?1b

mov?sp,?r1????????????????????????????/*留出堆棧的位置*/

add?sp,?sp,?#128??????????????@?relocate?the?stack

call_kernel:?bl?cache_clean_flush????@清除cache?????????????

bl?cache_off????????????@關閉cache

mov?r0,?#0?@?must?be?zero

mov?r1,?r7?@?restore?architecture?number

mov?r2,?r8?@?restore?atags?pointer

@?這里就是最終我們從zImage跳轉到Image的偉大一跳了，跳之前準備好r0,r1,r2

mov?pc,?r4?@?call?kernel

到此kernel的第一階段zImage?解壓縮階段已經執行完。

第二階段的在另外一篇中分析。

轉載于:https://www.cnblogs.com/sky-heaven/p/4846720.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux内核启动流程分析（一）【转】的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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