linux 内核启动过程 for arm

    这里不提bootloader是怎么加载内核，只谈arm体系结构下linux内核如何启动的。

    linux内核编译完成后生成vmlinux ELF格式文件，并经过压缩成bin格式的zImage内核映像。当bootloader经过初始化硬件把zImage影响调入内存中时，内核代码该怎么工作，才能将系统软件带入一个合适的环境。

    首先zImage虽然为压缩过的文件，但并不是完全压缩了的，起始位置还有未压缩的代码，这部分代码就是解压缩，通过将后面的内核代码解压后，执行内核部分的代码，就是vmlinux。

在内核源码根目录下的Makefile中，关于vmlinux的生成规则:

vmlinux: $(vmlinux-lds) $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) vmlinux.o $(kallsyms.o) FORCE

    可以看出vmlinux的依赖有$(vmlinux-lds) $(vmlinux-init) $(vmlinux-main)。其中$(vmlinux-lds)是编译连接脚本，对于ARM平台，就是 arch/arm/kernel/vmlinux-lds文件。

$(vmlinux-init)也定义在顶层Makefile中，vmlinux-init := $(head-y) $(init-y)

head-y 在 arch/arm/Makefile 中定义：

head-y:= arch/arm/kernel/head$(MMUEXT).o arch/arm/kernel/init_task.o 

    对于有MMU的处理器，MMUEXT 为空白字符串，所以arch/arm/kernel/head.o是第一个连

接的文件，而这个文件是由 arch/arm/kernel/head.S编译产生成的。

    实际上，head.s程序在被编译成目标文件后与内核其他程序一起链接成system模块，head.s位于系统内核代码的最前端，处于内存绝对地址0处开始的地方。也是从这里开始，内核完全处于保护模式下运行。

1.head.S

  程序的功能也比较单一。

1)设置处理器为 SVC 模式，关中断 

2)读取 CPUID，调用__lookup_processor_type 查找处理器信息结构 proc_info 

3)调用__lookup_machine_type 查找机器类型信息结构 machine_desc 

4)调用__create_page_tables 函数为内核创建页面映射表 

5)调用处理器底层初始化函数，初始化 MMU，Cache，TLB 

6)跳转到__enalbe_mmu 函数，打开 MMU 

7)跳转到__mmap_switched 函数，建立 C 语言运行环境（搬移数据段，清理 BSS 段），保

存 CPUID 和机器类型代码，最后跳转到 C 语言入口函数 start_kernel()

head.s最终利用返回指令将预先放置在堆栈中的init/main.c程序的入口地址弹出，即start_kernel()，进而去执行main.c程序。

2.main.c

    在main.c函数中，内核进行一系列的初始化工作，包括陷阱门、块设备、字符设备和tty，包括人工设置的第一个任务task0，等所有的初始化工作完成之后就设置中断允许标志和开启中断，main()也转入到任务0中执行。

    首先执行的是asmlinkage void __init start_kernel(void)函数。函数执行了一系列的初始化，中断机制初始化，定时器初始化，调度器初始化，软中断初始化，控制台初始化，最重要的是结构体系相关的初始化，在函数setup_arch(&command_line)中。

    start_kernel(void)函数之后调用rest_init()函数。函数目的是创建一个入口点是 kernel_init()函数的内核线程，然后调用 cpu_idle()函数进入空闲状态。新创建的内核线程是系统的1号任务(pid =1），放入了调度队列中，而原先的初始化代码是系统的0号任务不在调度队列中的。

    因此1号任务投入运行，系统转而执行init()函数。这个函数同样定义在 init/main.c 中。

    kernel_init()函数接着完成系统更高层次，比如驱动程序，根文件系统等等的初始化工作。其中的do_basic_setup()函数比较重要，这个函数先调用 driver_init()函数完成驱动程序的初始化，又通过 do_initcalls()函数依次调用了系统中所有的初始化函数。

    在 init()函数的最后，调用了init_post()函数。该函数打开了控制台设备，然后，函数依次尝试执行以下几个外部程序：

1)由 ramdisk_execute_command 指定的外部程序，即内核启动参数“rdinit=XXX”指定的

程序

2)由 execute_command 指定的外部程序，即内核启动参数“init=XXX”指定的程序

3)/sbin/init 

4)/etc/init 

5)/bin/init 

6)/bin/sh

这几个程序中任何一个加载执行成功，就进入了用户态，内核启动就宣告结束。

    1号任务原先是个内核线程，加载外部程序后就有了自己的用户态空间，成为一个进程，这就是系统中所有进程的祖先 1 号进程。然后 1 号进程再执行用户态的初始化程序，例如处理/etc/inittab，创建终端，等待用户登录等等，系统启动完成。

    如果想详细了解代码信息的，请参见下面的网站

http://blogimg.chinaunix.net/blog/upfile2/090914195925.pdf

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