分类： LINUX
2011-04-03 22:43:23
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转载自 华清远见
本文以linux-2.6.14内核在S3C2410平台上运行为例，讲解内核的解压过程。 内核编译完成后会生成zImage内核镜像文件。关于bootloader加载zImage到内核，并且跳转到zImage开始地址运行zImage的过程，相信大家都很容易理解。但对于zImage是如何解压的过程，就不是那么好理解了。本文将结合部分关键代码，讲解zImage的解压过程。 先看看zImage的组成吧。在内核编译完成后会在arch/arm/boot/下生成zImage。 在arch/armboot/Makefile中： $(obj)/zImage: $(obj)/compressed/vmlinux FORCE $(call if_changed,objcopy) 由此可见，zImage的是elf格式的arch/arm/boot/compressed/vmlinux二进制化得到的 在arch/armboot/compressed/Makefile中： $(obj)/vmlinux: $(obj)/vmlinux.lds $(obj)/$(HEAD) $(obj)/piggy.o \ $(addprefix $(obj)/, $(OBJS)) FORCE $(call if_changed,ld) $(obj)/piggy.gz: $(obj)/../Image FORCE $(call if_changed,gzip) $(obj)/piggy.o: $(obj)/piggy.gz FORCE 其中Image是由内核顶层目录下的vmlinux二进制化后得到的。注意：arch/arm/boot/compressed/vmlinux是位置无关的，这个有助于理解后面的代码。，链接选项中有个 –fpic参数： EXTRA_CFLAGS := -fpic 总结一下zImage的组成，它是由一个压缩后的内核piggy.o，连接上一段初始化及解压功能的代码（head.o misc.o）,组成的。 下面就要看内核的启动了，那么内核是从什么地方开始运行的呢？这个当然要看lds文件啦。zImage的生成经历了两次大的链接过程：一次是顶层vmlinux的生成，由arch/arm/boot/vmlinux.lds（这个lds文件是由arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S生成的）决定；另一次是arch/arm/boot/compressed/vmlinux的生成，是由arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds（这个lds文件是由arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds.in生成的）决定。zImage的入口点应该由arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds决定。从中可以看出入口点为‘_start’ OUTPUT_ARCH(arm) ENTRY(_start) SECTIONS { . = 0; _text = .; .text : { _start = .; *(.start) *(.text) …… } 在arch/arm/boot/compressed/head.S中找到入口点。 看看head.S会做些什么样的工作： • 对于各种Arm CPU的DEBUG输出设定，通过定义宏来统一操作； •设置kernel开始和结束地址，保存architecture ID； • 如果在ARM2以上的CPU中，用的是普通用户模式，则升到超级用户模式，然后关中断 • 分析LC0结构delta offset，判断是否需要重载内核地址(r0存入偏移量，判断r0是否为零)。 •需要重载内核地址，将r0的偏移量加到BSS region和GOT table中的每一项。 对于位置无关的代码，程序是通过GOT表访问全局数据目标的，也就是说GOT表中中记录的是全局数据目标的绝对地址，所以其中的每一项也需要重载。 • 清空bss堆栈空间r2－r3 •建立C程序运行需要的缓存 •这时r2是缓存的结束地址，r4是kernel的最后执行地址，r5是kernel境象文件的开始地址 •用文件misc.c的函数decompress_kernel()，解压内核于缓存结束的地方(r2地址之后)。 可能大家看了上面的文字描述还是不清楚解压的动态过程。还是先用图表的方式描述下代码的搬运解压过程。然后再针对中间的一些关键过程阐述。 假定zImage在内存中的初始地址为0x30008000(这个地址由bootloader决定，位置不固定) 1、初始状态
2、head.S调用misc.c中的decompress_kernel刚解压完内核后
3、此时会将head.S中的部分代码重定位
4、跳转到重定位后的reloc_start处，由reloc_start至reloc_end的代码复制解压后的内核代码到0x30008000处，并调用call_kernel跳转到0x30008000处执行。
在通过head.S了解了动态过程后，大家可能会有几个问题： 问题1：zImage是如何知道自己最后的运行地址是0x30008000的？ 问题2：调用decompress_kernel函数时，其4个参数是什么值及物理含义？ 问题3：解压函数是如何确定代码中压缩内核位置的？ 先回答第1个问题 这个地址的确定和Makefile和链接脚本有关，在arch/arm/Makefile文件中的 textaddr-y := 0xC0008000 这个是内核启动的虚拟地址 TEXTADDR := $(textaddr-y) 在arch/arm/mach-s3c2410/Makefile.boot中 zreladdr-y := 0x30008000 这个就是zImage的运行地址了 在arch/arm/boot/Makefile文件中 ZRELADDR := $(zreladdr-y) 在arch/arm/boot/compressed/Makefile文件中 zreladdr=$(ZRELADDR) 在arch/arm/boot/compressed/Makefile中有 .word zreladdr @ r4 内核就是用这种方式让代码知道最终运行的位置的 接下来再回答第2个问题 decompress_kernel(ulg output_start, ulg free_mem_ptr_p, ulg free_mem_ptr_end_p, int arch_id) l output_start：指解压后内核输出的起始位置，此时它的值参考上面的图表，紧接在解压缓冲区后； l free_mem_ptr_p：解压函数需要的内存缓冲开始地址； l ulg free_mem_ptr_end_p：解压函数需要的内存缓冲结束地址，共64K； l arch_id ：architecture ID，对于SMDK2410这个值为193； 最后回答第3个问题 首先看看piggy.o是如何生成的，在arch/arm/boot/compressed/Makefie中 $(obj)/piggy.o: $(obj)/piggy.gz FORCE Piggy.o是由piggy.S生成的，咱们看看piggy.S的内容： .section .piggydata,#alloc .globl input_data input_data: .incbin "arch/arm/boot/compressed/piggy.gz" .globl input_data_end input_data_end: 再看看misc.c中decompress_kernel函数吧，它将调用gunzip()解压内核。gunzip()在lib/inflate.c中定义，它将调用NEXTBYTE()，进而调用get_byte()来获取压缩内核代码。 在misc.c中 #define get_byte() (inptr < insize ? inbuf[inptr++] : fill_inbuf()) 查看fill_inbuf函数 int fill_inbuf(void) { if (insize != 0) error("ran out of input data"); inbuf = input_data; insize = &input_data_end[0] - &input_data[0]; inptr = 1; return inbuf[0]; } 发现什么没？这里的input_data不正是piggy.S里的input_data吗？这个时候应该明白内核是怎样确定piggy.gz在zImage中的位置了吧。 时间关系，可能叙述的不够详细，大家可以集合内核代码和网上的其它相关文章，理解启动解压过程。 |
