ARM上的Linux內(nèi)核及啟動(dòng)過(guò)程5

1、 2005 博創(chuàng)科技北北 京京 博博 創(chuàng)創(chuàng) 興興 業(yè)業(yè) 科科 技技 有有 限限 公公 司司BEIJNG UNIVERSAL PIONEERING TECHNOLOGY Co . , LTD博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng)ARM上的Linux內(nèi)核及啟動(dòng)過(guò)程劉淼threewaterup-2006.3.21博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技linux 2.4 的內(nèi)核目錄結(jié)構(gòu)Linux2.4.x/arch/drivers/fs/include/Documentation/ipc/kernel/lib/mm/init/net/scripts/arm/alpha/m68k/boot/mach-pxa/kernel/

2、lib/mm/asm-arm/linux/net/arch-pxa/proc-armv博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技讀懂linux內(nèi)核源碼 linux內(nèi)核龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜 對(duì)linux內(nèi)核的統(tǒng)計(jì)：接近1萬(wàn)個(gè)文件，4百萬(wàn)行代碼 內(nèi)核編程習(xí)慣（技巧）不同于應(yīng)用程序博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技(uC)linux內(nèi)核的C代碼 Linux內(nèi)核的主體使用GNU C，在ANSI C上進(jìn)行了擴(kuò)充 Linux內(nèi)核必須由gcc編譯編譯 gcc和linux內(nèi)核版本并行發(fā)展，對(duì)于版本的依賴性強(qiáng) 內(nèi)核代碼中使用的一些編程技巧，在通常的應(yīng)用程序中很少遇到博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技GNU C的擴(kuò)

3、充舉例 從C+中吸收了inline和const關(guān)鍵字 ANSI C代碼與GNU C中的保留關(guān)鍵字沖突的問(wèn)題可以通過(guò)雙下劃線（_ _）解決 例如：inline 等價(jià)于 _inline_、asm等價(jià)于_asm_ 結(jié)構(gòu)體（struct）的初始化博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技結(jié)構(gòu)體初始化struct sample int member_int;char *member_str;void (*member_fun)(void); 博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技ANSI C中的實(shí)現(xiàn)struct sample inst_c= 100,/member_intNULL,/*member_str;

4、myfunc /void (*member_fun)(void); C99中的實(shí)現(xiàn)struct sample inst_c99 = .member_int = 100,.member_fun = myfun, ; 博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技struct sample inst_gcc = member_fun: myfun, member_int: 100,; 與C99中的用法類似，不必關(guān)心struct定義的中的實(shí)際的順序和其他未定義的數(shù)據(jù)，在復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體初始化的時(shí)候很有優(yōu)勢(shì)。博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技宏定義的靈活使用（1） 雖然GCC中定義了inline關(guān)鍵字，但是，

5、宏操作（#define）仍然在系統(tǒng)中大量使用 舉例：#define DUMP_WRITE(addr,nr) do memcpy(bufp,addr,nr); bufp += nr; while(0)應(yīng)用DUMP_WRITE，就像使用C的函數(shù)一樣：if(addr)DUMP_WRITE(addr, nr);else但是，如果如通過(guò)下的定義，都不能滿足上述的情況定義1：#define DUMP_WRITE(addr,nr) memcpy(bufp,addr,nr); bufp += nr ;定義2：#define DUMP_WRITE(addr,nr) memcpy(bufp,addr,nr); b

6、ufp += nr;博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技宏定義的靈活使用（2）#define OFFSETOF(strct, elem) (long)&(struct strct *)0)-elem) 1、(struct strct *)0) 結(jié)構(gòu)體strct的指針 2、&(struct strct *)0)-elem)成員的地址，也就是相對(duì)于0的偏移 3、結(jié)果：OFFSETOF(strct,elem)返回的是，結(jié)構(gòu)體strct中成員elem的偏移量博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技C語(yǔ)言中g(shù)oto的使用 在應(yīng)用程序的C編程中，為了保證程序的模塊化，建議不使用goto 內(nèi)核代碼需要兼顧到

7、效率，所以，大量使用goto 整個(gè)內(nèi)核的比例大概是每260行一個(gè)goto語(yǔ)句速度優(yōu)先 短距離的goto博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技Linux內(nèi)核加載過(guò)程通常，Linux內(nèi)核是經(jīng)過(guò)gzip壓縮之后的映象文件bootloader復(fù)制壓縮內(nèi)核到內(nèi)存空間內(nèi)核自解壓運(yùn)行內(nèi)核博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技編譯完成的Linux內(nèi)核在哪里？ ./vmlinux，elf格式未壓縮內(nèi)核 arch/arm/boot/compressed/vmlinux，壓縮以后的elf格式內(nèi)核 arch/arm/boot/zImage，壓縮內(nèi)核博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技?jí)嚎s內(nèi)核（zImage）的入口

8、/arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds文件為編譯器指定連接（link）順序 ENTRY(_start)，壓縮內(nèi)核從.start段開始 在arch/arm/boot/compressed/head.S中 檢測(cè)系統(tǒng)空間 初始化C代碼空間 跳轉(zhuǎn)到C代碼decompress_kernel，arch/arm/boot/compressed/misc.c中博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技解壓之前的串口輸出 include/asm-arm/arch-s3c2410/uncompress.h定義了puts作為串口輸出函數(shù) 解壓結(jié)束以后，跳轉(zhuǎn)到r5：解壓之后內(nèi)核的起始地

9、址博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技開始真正的Linux內(nèi)核 入口在arch/arm/kernel/head-armv.S 查找處理器類型 _lookup_processor_type _lookup_architecture_type 初始化頁(yè)表（_create_page_tables） 初始化C代碼空間 跳轉(zhuǎn)到C代碼中，start_kernel博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技ARM的MMU內(nèi)存管理單元memory management unit 虛擬地址到物理地址的映射 存儲(chǔ)器訪問(wèn)權(quán)限 控制Cache博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技通過(guò)MMU的訪存 MMU 先查找TLB（T

10、ranslation Lookaside Buffers）中的虛擬地址表 如果TLB 中沒(méi)有虛擬地址的入口，硬件從主存儲(chǔ)器中的轉(zhuǎn)換表中獲取轉(zhuǎn)換和訪問(wèn)權(quán)限開始MMU之前必須創(chuàng)建轉(zhuǎn)換表博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技ARM的MMU訪存原理博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技ARM的MMU頁(yè)表格式MMU 支持基于節(jié)或頁(yè)的存儲(chǔ)器訪問(wèn)： 節(jié)（Section） 1MB 的存儲(chǔ)器塊 大頁(yè)（Large page）64KB 的存儲(chǔ)器塊 小頁(yè)（Small page）4KB 的存儲(chǔ)器塊 微頁(yè)（Tiny page）1KB 的存儲(chǔ)器塊博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技頁(yè)表的級(jí)別存在主存儲(chǔ)器內(nèi)的轉(zhuǎn)換表有兩個(gè)級(jí)

11、別： 第一級(jí)表 存儲(chǔ)節(jié)轉(zhuǎn)換表和指向第二級(jí)表的指針 第二級(jí)表 存儲(chǔ)大頁(yè)和小頁(yè)的轉(zhuǎn)換表。 存儲(chǔ)微頁(yè)轉(zhuǎn)換表博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技一級(jí)頁(yè)表的地址第一級(jí)表占用空間16KB，必須16KB對(duì)齊虛擬地址轉(zhuǎn)換表基址寄存器一級(jí)頁(yè)表的地址博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技第一級(jí)描述符 一級(jí)表每個(gè)入口描述了它所關(guān)聯(lián)的1MB 虛擬地址是如何映射的博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技節(jié)描述符 Bits1:0 描述符類型（10b 表示節(jié)描述符） Bits3:2 高速緩存（cache）和緩沖位（buffer） Bits4 由具體實(shí)現(xiàn)定義 Bits8:5 控制的節(jié)的16 種域之一 Bits9 現(xiàn)在沒(méi)有使用

12、，應(yīng)該為零 Bits11:10 訪問(wèn)控制（AP） Bits19:12 現(xiàn)在沒(méi)有使用，應(yīng)該為零 Bits31:20 節(jié)基址，形成物理地址的高12 位博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技節(jié)的轉(zhuǎn)換過(guò)程博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技_create_page_tables（1） pgtbl r4 page table address0 x30008000-0 x4000 mov r0, r4r0=0 x30004000 mov r3, #0 add r2, r0, #0 x40001: str r3, r0, #4 str r3, r0, #4 str r3, r0, #4 str r3, r

13、0, #4 teq r0, r2 bne 1b把一級(jí)頁(yè)表0 x30004000 0 xa0080000清空博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技_create_page_tables（2）krnladr r2, r4 start of kernel r4=0 xa0004000，r2 = 內(nèi)核起始地址所在1MB 對(duì)齊空間，0 x30000000add r3, r8, r2 flags + kernel baser8 為從處理器信息中得到的MMU 頁(yè)表標(biāo)志，r8=0 xc0e, r3=0 x30000c0estr r3, r4, r2, lsr #18 identity mapping地址:0

14、x300068000, value:0 x30000c0e博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技_create_page_tables（3） add r0, r4, #(TEXTADDR & 0 xff000000) 18 start of kernelbic r2, r3, #0 x00f00000str r2, r0 PAGE_OFFSET + 0MBadd r0, r0, #(TEXTADDR & 0 x00f00000) 18str r3, r0, #4 KERNEL + 0MB博創(chuàng)科技 嵌入互動(dòng) 2005 博創(chuàng)科技映射表內(nèi)容物理地址 數(shù)據(jù)0 x3000e8000 0 x30000c0e0 x3000f000 0 xc0000c0e 0 x3000f004 0 xc0100c0e 0 x3000f008 0 xc0200c0e 0 x3000f00c 0 xc0300c0e 博創(chuàng)科技