uclinux啟動(dòng)過(guò)程詳細(xì)分析

存儲(chǔ)了可用物理內(nèi)存起始地址的變量memory_start的初始化是通過(guò)一個(gè)ld腳本中定義的變量_end進(jìn)行的。ld腳本是用來(lái)控制GNU ld連接器在連接內(nèi)核各個(gè)目標(biāo)文件部分的時(shí)候的配置動(dòng)作，比如這樣一個(gè)腳本：

SECTION

{

。=0x10000;

.text：{*(.text)}

。=0x8000000;

.data：{*(.data)}

.bss ：{*(.bss)}

}

用來(lái)配置ld連接目標(biāo)文件的時(shí)候?qū)⑺械哪繕?biāo)文件中的存儲(chǔ)程序正文的.text段(section)連接到一起，并且映射到輸出文件的地址0x10000處，將所有目標(biāo)文件中已初始化的數(shù)據(jù).data段連接到一起并放置到輸出可執(zhí)行文件的0x8000000地址處，而所有目標(biāo)文件中還未初始化的數(shù)據(jù)段.bss連接起來(lái)后影射到輸出文件中緊跟在.data段之后的位置。

這個(gè)ld配置腳本文件對(duì)每個(gè)平臺(tái)都是不同的。如為MICETEK上所使用的uClinux版本使用的ld配置文件為arch/armnomm/vmLinux.lds?？梢酝ㄟ^(guò)修改某個(gè)平臺(tái)上的ld腳本配置文件中的_end變量來(lái)達(dá)到配置其可用物理內(nèi)存起始地址的目的。

setup_arch()在完成對(duì)memory_start變量的初始化之后，通過(guò)某些特定手段檢測(cè)不同類(lèi)型的內(nèi)存分布情況。比如為檢測(cè)某段地址范圍是否為RAM的方法是通過(guò)將某個(gè)地址的數(shù)據(jù)讀出來(lái)，將它加1后寫(xiě)回內(nèi)存地址中，然后再讀出來(lái)和原始數(shù)據(jù)比較看看其值是否成功增加了1，這樣反復(fù)操作兩次，最后將數(shù)據(jù)恢復(fù)。如果是可讀可寫(xiě)的RAM，那么這個(gè)測(cè)試的結(jié)果就是每次比較都是成功的，否則就不能將這個(gè)地址當(dāng)作RAM。

在setup_arch()中還可能根據(jù)所用平臺(tái)進(jìn)行對(duì)flash memory和ROM的測(cè)試。在這些平臺(tái)相關(guān)的工作完成之后，setup_arch()將對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的第一個(gè)進(jìn)程init_task的mm_struct結(jié)構(gòu)中描述地址空間分布的變量start_code，end_code，end_data和brk進(jìn)行初始化，start_code為0，其他三個(gè)數(shù)值分別為來(lái)自于ld腳本配置文件中定義的相關(guān)變量_etext、_edata和_end。

此后setup_arch()將根據(jù)Linux中為系統(tǒng)中的第一塊rom/flash memory card所分配的固定的主/從設(shè)備號(hào)(可以從Document/devices.txt中得到)來(lái)創(chuàng)建根文件系統(tǒng)的設(shè)備號(hào)，并存儲(chǔ)在后來(lái)將要用到的全局變量ROOT_DEV中。

setup_arch()最后完成對(duì)系統(tǒng)啟動(dòng)參數(shù)的保存。

在調(diào)用setup_arch()返回之后，start_kernel()中得到了系統(tǒng)可用物理內(nèi)存的起始和結(jié)束地址，以及命令啟動(dòng)時(shí)的命令行參數(shù)。

(2) paging_init()

在Linux中，paging_init()的一項(xiàng)主要功能是建立頁(yè)目錄和頁(yè)表，而且將Linux移植到不同平臺(tái)的過(guò)程中非常重要的一個(gè)步驟就是修改這個(gè)函數(shù)來(lái)適應(yīng)新的硬件平臺(tái)的虛擬內(nèi)存體系。但是由于在uClinux中不再使用虛擬內(nèi)存機(jī)制，也就不再需要維護(hù)頁(yè)目錄和頁(yè)表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)了，所以paging_init()在這里只是為系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)候保留一部分特殊用途的內(nèi)存區(qū)間。它返回后，從可以使用的內(nèi)存空間開(kāi)始，依次是如下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

empty_bad_page_table 占用1頁(yè)(4KB)

empty_bad_page 占用1頁(yè)(4KB)

empty_zero_page 占用1頁(yè)，并初始化為全0

mem_map

bitmap

paging_init()函數(shù)在返回前通過(guò)調(diào)用free_area_init(start_mem，end_mem)進(jìn)行建立buddy system的映射位圖關(guān)系，以及建立空閑物理頁(yè)面鏈表的操作。

(3)free_area_init()

這個(gè)函數(shù)用于建立管理物理頁(yè)幀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)mem_map，有多少物理頁(yè)幀就有多少mem_map_t類(lèi)型的結(jié)構(gòu)體與之相對(duì)應(yīng)。每個(gè)頁(yè)面的mem_map_t結(jié)構(gòu)中的flags被標(biāo)明為PG_DMA和PG_reserved，并且頁(yè)幀號(hào)被賦給相應(yīng)的數(shù)值。同時(shí)建立了管理空閑頁(yè)面的bitmap映射表，并且所有的位都被清零。

(3) mem_init()

mem_init()函數(shù)遍歷整個(gè)可用物理內(nèi)存地址空間，將每個(gè)頁(yè)面相對(duì)應(yīng)的struct page結(jié)構(gòu)中flags的PG_reserved 標(biāo)志位清除，標(biāo)志用戶(hù)個(gè)數(shù)的count計(jì)數(shù)器置1，并同時(shí)統(tǒng)計(jì)可用物理頁(yè)面數(shù)量，然后打印系統(tǒng)的各個(gè)內(nèi)存參數(shù)，如可用RAM和ROM的大小、內(nèi)核代碼段和數(shù)據(jù)段大小等。

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摘 要：本文采用三星公司的S3C44B0微處理器，對(duì)uClinux操作系統(tǒng)內(nèi)核的引導(dǎo)過(guò)程進(jìn)行了剖析。

關(guān)鍵字：S3C44B0X;uClinux;嵌入式系統(tǒng);內(nèi)核引導(dǎo)

1 前言

伴隨著微電子的發(fā)展，用于嵌入式設(shè)備的處理器速度越來(lái)越快，功能也越來(lái)越強(qiáng)大。三星公司生產(chǎn)的S3C44B0微處理器，采用的是ARM7TDMI內(nèi)核。該內(nèi)核因?yàn)橛兄男?、成本低等特點(diǎn)，因此非常適合作為移動(dòng)手持終端的處理器核心。Linux操作系統(tǒng)因?yàn)樗拈_(kāi)放性，使得它不斷的被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。在嵌入式領(lǐng)域同樣也出現(xiàn)了各種各樣的Linux變體，最常用的是uClinux。也正是因?yàn)閡Clinux操作系統(tǒng)支持不帶MMU單元的ARM處理器，因此該系統(tǒng)可以對(duì)S3C44B0微處理器有很好的支持。

在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，第一個(gè)部分便是系統(tǒng)的引導(dǎo)。而系統(tǒng)的引導(dǎo)過(guò)程是通過(guò)BootLoader來(lái)完成的。BootLoader程序是與硬件緊密相關(guān)的一段代碼，而且編寫(xiě)的時(shí)候比較復(fù)雜，它主要的功能是初始化微處理器以及周邊的硬件資源，并且引導(dǎo)操作系統(tǒng)的啟動(dòng)。下面我將以S3C44B0微處理器來(lái)作為例子，對(duì)uClinux操作系統(tǒng)內(nèi)核的引導(dǎo)過(guò)程進(jìn)行一個(gè)剖析。

2 BootLoader程序概念

簡(jiǎn)單的說(shuō)Boot Lodaer就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一段小程序，通過(guò)這段小程序，可以初始化硬件設(shè)備、建立系統(tǒng)的內(nèi)存空間映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境設(shè)置成一個(gè)適合的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。最終，BootLoader把操作系統(tǒng)內(nèi)核映象加載到RAM中，并將系統(tǒng)控制權(quán)傳遞給它。

2.1 典型的BootLoader程序框架

操作系統(tǒng)角度來(lái)說(shuō)，Boot Loader的總目標(biāo)就是正確的調(diào)用內(nèi)核來(lái)執(zhí)行。

由于Boot Loader的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于CPU的體系結(jié)構(gòu)，因此大多數(shù)Boot Loader都分為Stage1和Stage2兩大部分。依賴(lài)于CPU體系結(jié)構(gòu)的代碼，例如設(shè)備初始化代碼等，通常都放在Stage1中，而且通常都用匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，以達(dá)到短小精悍的目的。而Stage2通常用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的功能，而且代碼會(huì)具有更好的可讀性和可移植性。

Boot Loader的Stage1通常包括如下步驟：

1) 硬件設(shè)備初始化