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分类: 嵌入式

2010-07-18 17:09:13

内核压缩和解压缩代码都在目录kernel××××/arch/arm/boot/compressed,
编译完成后将产生vmlinux、head.o、misc.o、head-xscale.o、piggy.o这几个文件:


head.o是内核的头部文件,负责初始设置;
misc.o将主要负责内核的解压工作,它在head.o之后;
head-xscale.o文件主要针对Xscale的初始化,将在链接时与head.o合并不同体系结构的 Linux 系统的入口文件是不同的,如ARM的入口文件为head-armv.S
piggy.o是一个中间文件,其实是一个压缩的内核(kernel/vmlinux),只不过没有和初始化文件及解压文件链接而已;
vmlinux是没有压缩过的内核(lw:zImage是压缩过的内核),就是由piggy.o、head.o、misc.o、head-xscale.o组成的。


在BootLoader完成系统的引导以后并将Linux内核调入内存之后,调用bootLinux(),
这个函数将跳转到kernel的起始位置。如果kernel没有压缩,就可以启动了。
如果kernel压缩过,则要进行解压,在压缩过的kernel头部有解压程序。
压缩过得kernel入口第一个文件源码位置在arch/arm/boot/compressed/head.S。
它将调用函数decompress_kernel(),这个函数在文件arch/arm/boot/compressed/misc.c中,
decompress_kernel()又调用proc_decomp_setup(),arch_decomp_setup()进行设置,
然后使用在打印出信息“Uncompressing Linux...”后,调用gunzip()。将内核放于指定的位置。

 


以下分析head.S文件:
(1)对于各种Arm CPU的DEBUG输出设定,通过定义宏来统一操作。


(2)设置kernel开始和结束地址,保存architecture ID。


(3)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。


(4)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)。   这里是否需要重载内核地址,我以为主要分析arch/arm/boot/Makefile、arch/arm/boot/compressed/Makefile
   和arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds.in三个文件,主要看vmlinux.lds.in链接文件的主要段的位置,
   LOAD_ADDR(_load_addr)=0xA0008000,而对于TEXT_START(_text、_start)的位置只设为0,BSS_START(__bss_start)=ALIGN(4)。
   对于这样的结果依赖于,对内核解压的运行方式,也就是说,内核解压前是在内存(RAM)中还是在FLASH上,
   因为这里,我们的BOOTLOADER将压缩内核(zImage)移到了RAM的0xA0008000位置,我们的压缩内核是在内存(RAM)从0xA0008000地址开始顺序排列,
   因此我们的r0获得的偏移量是载入地址(0xA0008000)。接下来的工作是要把内核镜像的相对地址转化为内存的物理地址,即重载内核地址。


(5)需要重载内核地址,将r0的偏移量加到BSS region和GOT table中。


(6)清空bss堆栈空间r2-r3。

(7)建立C程序运行需要的缓存,并赋于64K的栈空间。


(8)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。检查是否地址有冲突。
   将r5等于r2,使decompress后的kernel地址就在64K的栈之后。

(9)调用文件misc.c的函数decompress_kernel(),解压内核于缓存结束的地方(r2地址之后)。此时各寄存器值有如下变化:
   r0为解压后kernel的大小
   r4为kernel执行时的地址
   r5为解压后kernel的起始地址
   r6为CPU类型值(processor ID)
   r7为系统类型值(architecture ID)


(10)将reloc_start代码拷贝之kernel之后(r5+r0之后),首先清除缓存,而后执行reloc_start。


(11)reloc_start将r5开始的kernel重载于r4地址处。


(12)清除cache内容,关闭cache,将r7中architecture ID赋于r1,执行r4开始的kernel代码。
下面简单介绍一下解压缩过程,也就是函数decompress_kernel实现的功能:
解压缩代码位于kernel/lib/inflate.c,inflate.c是从gzip源程序中分离出来的。包含了一些对全局数据的直接引用。
在使用时需要直接嵌入到代码中。gzip压缩文件时总是在前32K字节的范围内寻找重复的字符串进行编码,
在解压时需要一个至少为32K字节的解压缓冲区,它定义为window[WSIZE]。inflate.c使用get_byte()读取输入文件,
它被定义成宏来提高效率。输入缓冲区指针必须定义为inptr,inflate.c中对之有减量操作。inflate.c调用flush_window()
来输出window缓冲区中的解压出的字节串,每次输出长度用outcnt变量表示。在flush_window()中,还必
须对输出字节串计算CRC并且刷新crc变量。在调用gunzip()开始解压之前,调用makecrc()初始化CRC计算表。
最后gunzip()返回0表示解压成功。
我们在内核启动的开始都会看到这样的输出:
Uncompressing Linux...done, booting the kernel.
这也是由decompress_kernel函数内部输出的,它调用了puts()输出字符串,
puts是在kernel/include/asm-arm/arch-pxa/uncompress.h中实现的。
执行完解压过程,再返回到head.S中,启动内核:
call_kernel:    bl  cache_clean_flush
         bl  cache_off
         mov r0, #0
         mov r1, r7          @ restore architecture number
         mov pc, r4          @ call kernel
         
下面就开始真正的内核了。

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