嵌入式實(shí)際操作系統(tǒng)

1、嵌入式實(shí)際操作系統(tǒng)基于i386體系結(jié)構(gòu)的Linux啟動(dòng)代碼分析Embedded Operating Systems3源代碼來源加壓縮后，建立SourceInsigt工程閱讀linux目錄下的README關(guān)于Linux的介紹該版本內(nèi)核支持的體系結(jié)構(gòu)如何配置、編譯、安裝Embedded Operating Systems4考慮Arch為i386在arch/i386下存在如下目錄I386的啟動(dòng)源代碼文件目錄I386的核心源代碼文件目錄I386的庫(kù)源代碼文件目錄I386的數(shù)學(xué)仿真源代碼文件目錄I386的內(nèi)存管理源代碼文件目錄I386的配置文件I386的體系相關(guān)部分的MakefileI386的Linux

2、內(nèi)核的鏈接描述文件Embedded Operating Systems5I386的啟動(dòng)代碼文件在arch/i386/boot目錄下在arch/i386/boot/compressed目錄下I386的體系結(jié)構(gòu)相關(guān)部分的啟動(dòng)代碼都采用匯編碼寫的啟動(dòng)扇區(qū)中的啟動(dòng)代碼，其目標(biāo)碼必然是512字節(jié)I386初始化內(nèi)核解壓縮Embedded Operating Systems6在arch/i386/kernel目錄下的.S文件在init目錄下32位啟動(dòng)代碼這是體系結(jié)構(gòu)無關(guān)部分，i386體系結(jié)構(gòu)相關(guān)部分的啟動(dòng)，其目的就是進(jìn)入中的start_kernel處執(zhí)行Embedded Operating Systems7

3、閱讀對(duì)于i386平臺(tái)，由于一些歷史的原因，因此Linux的啟動(dòng)比較復(fù)雜這個(gè)文檔包含如下內(nèi)容1、Linux/i386的啟動(dòng)協(xié)議（4個(gè)）2、內(nèi)存布局圖3、實(shí)模式下的內(nèi)核頭結(jié)構(gòu)4、內(nèi)核的命令行（command line）Embedded Operating Systems85、啟動(dòng)配置示例6、裝載Linux的剩余部分7、特殊的命令行參數(shù)8、運(yùn)行內(nèi)核9、高級(jí)啟動(dòng)回調(diào)函數(shù)關(guān)于其中的一些內(nèi)容，我們將在合適的時(shí)候說明Embedded Operating Systems9閱讀頂層目錄下的Makefile找到缺省目標(biāo)鏈接Embedded Operating Systems10找到vmlinux找到vmlinux

4、所依賴的各個(gè)文件或者目標(biāo)可以看到vmlinux包含如下內(nèi)容+ CORE_FILES + DRIVERS+ NETWORKS + LIBSEmbedded Operating Systems11若make install在i386的Makefile中有install規(guī)則若make boot/bzImage/zImage等等，則要找到對(duì)應(yīng)的目標(biāo)然后進(jìn)行make boot在頂層的Makefile中可以找到boot規(guī)則bzImage/zImage可以在i386的Makefile中找到相應(yīng)規(guī)則其他的zXXX/bzXXX也都依賴于boot下的zImage/bzImage它們最終都找到i386/boot的M

5、akefileEmbedded Operating Systems12i386/boot的Makefile看i386/boot的Makefilez代表壓縮；b代表大內(nèi)核可見compressed下的vmlinux/bvmlinux為compressed/head.S + 壓縮后的頂層目錄下的vmlinuxzImage為bootsect + setup + compressed/vmlinuxbzImage為bbootsect + bsetup + compressed/bvmlinuxEmbedded Operating Systems13下面根據(jù)在bzImage/zImage中的順序，我們依次

6、看啟動(dòng)相關(guān)的源代碼和相關(guān)概念最后進(jìn)入Embedded Operating Systems14I386內(nèi)核的啟動(dòng)啟動(dòng)方式軟盤啟動(dòng)硬盤啟動(dòng)軟盤啟動(dòng)從開始運(yùn)行在進(jìn)入的源代碼講解之前，我們先看一下加載i386內(nèi)核的內(nèi)存布局圖Embedded Operating Systems15硬件角度：I386實(shí)模式下的內(nèi)存布局圖RAM1-MBROM-BIOSVIDEO-BIOSVRAM0 xA00000 xC00000 xF00000 x00000Embedded Operating Systems16I386內(nèi)核從實(shí)模式開始運(yùn)行首先看一下什么是實(shí)模式 實(shí)模式是為了兼容早期的CPU而設(shè)置的 i386系統(tǒng)總是始于實(shí)

7、模式 實(shí)模式下 地址總線：20位 內(nèi)存范圍：01MB 邏輯地址 = 段地址 + 段內(nèi)偏移段地址 = 段寄存器中的值*16 （或左移4位）段寄存器長(zhǎng)度：16bitEmbedded Operating Systems17加載I386內(nèi)核的內(nèi)存布局圖zImage/Image的內(nèi)核加載器所使用的經(jīng)典的內(nèi)存布局（1M=0 x100000）為Embedded Operating Systems18軟盤啟動(dòng)， 0 x7c000 x90000 0 x7c00, BIOS 0 x90000, lilo 堆棧，0 x3ff4(0 x4000-12), 向下增長(zhǎng) 磁盤參數(shù)表，12Bytes，0 x3ff40 x40

8、00 顯示“Loading” Setup0 x90200 系統(tǒng) 小內(nèi)核，0 x10000（64KB處），低裝載 大內(nèi)核，0 x100000（1MB處），高裝載 setupEmbedded Operating Systems19硬盤啟動(dòng)，兩階段引導(dǎo)裝載LILO（LInuxLOader）第一個(gè)扇區(qū)裝載LINUX0 x900000 x90200系統(tǒng)0 x100000 x100000跳轉(zhuǎn)到setupEmbedded Operating Systems20啟動(dòng)第一步，小結(jié)總之，在跳轉(zhuǎn)到setup的時(shí)候，內(nèi)存里面的代碼布局為0 x90000：bootsect0 x90200：setup低裝載：0 x100

9、00：帶解壓的vmlinux高裝載：0 x100000：帶解壓的bvmlinux 實(shí)模式下的內(nèi)核頭結(jié)構(gòu)包括bootsect的最后和setup開始的位置從bootsect的偏移0 x1F1開始，具體描述參見Embedded Operating Systems21Setup：0 x90200 初始化硬件設(shè)備并為內(nèi)核程序的執(zhí)行建立環(huán)境 內(nèi)存檢測(cè) 鍵盤 視頻 磁盤控制器 IBM微通道總線MCA PS/2設(shè)備（總線鼠標(biāo)） APM BIOS 若低裝載，將系統(tǒng)移動(dòng)到0 x1000處（4KB處）否則，不必 臨時(shí)IDT和臨時(shí)GDT FPU PIC, 16個(gè)硬件中斷中斷向量3247 實(shí)模式保護(hù)模式 Startup

10、_32Embedded Operating Systems22 在和中都定義了startup_32 但是中，被壓縮在vmlinux中還沒有解壓縮 只有的startup_32是可用的 zImage中，在0 x1000處 bzImage中，在0 x100000處Embedded Operating Systems23Startup_32初始化段寄存器和一個(gè)臨時(shí)堆棧初始化BSS段解壓縮高裝載或低裝載解壓縮0 x100000（1MB）跳轉(zhuǎn)到0 x100000處Embedded Operating Systems24解壓縮后，vmlinux在0 x100000處根據(jù)，vmlinux的地址被鏈接為0 xc

11、0000000+0 x100000處如何正確運(yùn)行呢？此時(shí)仍然是實(shí)模式，還沒有進(jìn)入保護(hù)模式、分頁(yè)、映射好沒有長(zhǎng)跳轉(zhuǎn)，只使用采用相對(duì)地址的近距離跳轉(zhuǎn)Embedded Operating Systems25 Startup_32 初始化段寄存器 建立進(jìn)程0的內(nèi)核堆棧 Setup_idt 拷貝系統(tǒng)參數(shù) 識(shí)別處理器 GDT、IDT Start_kernelEmbedded Operating Systems26與內(nèi)存相關(guān)的一些概念在實(shí)模式下，地址總線20位，訪存范圍為1MB，物理地址使用段址：偏移的方式表示段址保存在段寄存器中，段寄存器有：cs/ds/es/fs/gs16位寄存器，偏移也是16位，因此最

12、大段長(zhǎng)為216=0 x10000=64KB物理地址= 段寄存器16+偏移Embedded Operating Systems27保護(hù)模式下，地址總線32位，訪存范圍為4GB原來的段寄存器現(xiàn)在被稱作段選擇子，與GDT表配合使用GDT表由gdtr指示其位置和長(zhǎng)度使用特殊的指令進(jìn)行操作：sgdt/lgdtEmbedded Operating Systems28圖示descriptordescriptordescriptordescriptordescriptordescriptordescriptordescriptordescriptordescriptordescriptordescriptordescriptordescriptordescriptordescriptordescriptordescriptordescriptordescriptorInterrupt Descriptor TableGlobal Descriptor TableGDTRIDTREmbedded Operating Systems29查看和中的gdt/ldt一般裝載gdt和idt之后，要重新裝載段寄存器cs、ds、es、fs、gscs通常