内核启动流程1——汇编部分-优快云博客

本文详细解析了Linux内核的启动流程，包括确定处理器类型、机器类型、验证内核标记列表、创建临时页表及开启MMU等关键步骤。

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注：本文是学习朱老师课程整理的笔记，基于linux2.6.35.7和九鼎X210BV3S开发板进行移植。

内核启动入口

从顶层Makefile可以看到vmlinux的生成规则：

vmlinux image - including updated kernel symbolsvmlinux: $(vmlinux-lds) $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) vmlinux.o $(kallsyms.o) FORCE

其中$(vmlinux-lds)是链接脚本，对于ARM而言，就是arch/arm/kernel/vmlinux.lds文件（连接脚本并不是直接提供的，而是提供了一个汇编文件vmlinux.lds.S，然后在编译的时候再去编译这个汇编文件得到真正的链接脚本vmlinux.lds。）。从该脚本的如下内容可以看出，入口符号是stext:

SECTIONS
{
. = 0xC0000000 + 0x00008000;
.init : { /* Init code and data                */
_stext = .;
_sinittext = .;
*(.head.text)
*(.init.text) *(.cpuinit.text) *(.meminit.text)
_einittext = .;

__HEAD
 ENTRY(stext)
         setmode PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE, r9 @ ensure svc mode
                                                 @ and irqs disabled
         mrc     p15, 0, r9, c0, c0              @ get processor id
         bl      __lookup_processor_type         @ r5=procinfo r9=cpuid
         movs    r10, r5                         @ invalid processor (r5=0)?
         beq     __error_p                       @ yes, error 'p'
         bl      __lookup_machine_type           @ r5=machinfo
         movs    r8, r5                          @ invalid machine (r5=0)?
         beq     __error_a                       @ yes, error 'a'
         bl      __vet_atags
         bl      __create_page_tables
 ……

         ldr     r13, __switch_data              @ address to jump to after
                                                 @ mmu has been enabled
         adr     lr, BSYM(__enable_mmu)          @ return (PIC) address
  ARM(   add     pc, r10, #PROCINFO_INITFUNC     )
  THUMB( add     r12, r10, #PROCINFO_INITFUNC    )
  THUMB( mov     pc, r12                         )
 ENDPROC(stext)

上面的启动流程可以概括为如下几个步骤：

第79行，确定内核运行在SVC模式下，并且关闭IRQ和FIQ中断，这样能保证内核启动过程不会被外部中断干扰。
第81-84行，确定处理器类型。
第85-87行，确定机器类型。
第88行，验证内核标记列表。
第89行，创建临时页表。
第98行，切换数据。
第100行，开启MMU。
第101行，调用特定平台的__cpu_flush函数。
最终跳转到C语言函数start_kernel()（在__switch_data结束时，调用“b start_kernel”）。

确定处理器类型

在arch/arm/kernel/head.S中：

         mrc     p15, 0, r9, c0, c0              @ get processor id
         bl      __lookup_processor_type         @ r5=procinfo r9=cpuid
         movs    r10, r5                         @ invalid processor (r5=0)?
         beq     __error_p                       @ yes, error 'p'

通过cp15协处理器的c0获得processor id ，然后__lookup_processor_type 把处理器类型存储在r5中。
__lookup_processor_type检验cpu id的合法性方法是：内核会维护一个本内核支持的CPU ID号码的数组，然后该函数所做的就是将从硬件中读取的cpu id号码和数组中存储的各个id号码依次对比，如果没有一个相等则不合法，如果有一个相等的则合法。将匹配到的proc_info_list的基地址存到r5中，0表示没有找到对应的processor type。

确定机器类型

         bl      __lookup_machine_type           @ r5=machinfo
         movs    r8, r5                          @ invalid machine (r5=0)?
         beq     __error_a

__lookup_machine_type设计理念和思路和上面校验cpu id的函数一样的，不同之处是本函数校验的是机器码。

验证内核标记列表

内核调用_vet_atags来验证内核标记列表是否有效。验证的内容包括：uboot给内核的传参是否字节对齐（4字节对齐）和是否以ATAG_CORE开始。

创建临时页表

内核调用__create_page_tables建立页表。linux内核本身被连接在虚拟地址处，因此kernel希望尽快建立页表并且启动MMU进入虚拟地址工作状态。kernel建立页表其实分为2步。第一步，kernel先建立了一个段式页表（和uboot中之前建立的页表一样，页表以1MB为单位来区分的），这里的函数就是建立段式页表的。段式页表本身比较好建立（段式页表1MB一个映射，4GB空间需要4096个页表项，每个页表项4字节，因此一共需要16KB内存来做页表），坏处是比较粗不能精细管理内存；第二步，再去建立一个细页表（4kb为单位的细页表），然后启用新的细页表废除第一步建立的段式映射页表。