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Linux内核在arm上的启动过程

2021-04-24 22:58:55 作者：互联网

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Linux内核加载过程

通常，Linux内核都是经过gzip加载过之后的映像文件。

bootloader复制压缩内核到内存空间。
内核自解压。
运行内核。

编译完成的Linux内核存放在哪里？

./vmlinux elf格式未压缩内核。
arch/arm/boot/compressed/vmlinux 压缩以后的elf格式内核。
arch/arm/boot/zImage 压缩内核。

压缩内核（zImage）的入口

/arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds 该文件为编译器指定link顺序。
ENTRY(_start) 压缩内核从.start段开始执行。

在/arch/arm/boot/compressed/head.S中执行以下爱操作：

  （1）检测系统空间。

  （2）初始化C代码空间。

  （3）跳转到C代码decompress_kernel，

           arch/arm/boot/compressed/misc.c中。

解压之前的串口输出

include/asm-arm/arch-s3c2410/uncompress.h 中定义了puts作为串口输出函数。
解压结束之后，程序跳转到r5：解压之后内核的起始地址。

开始真正的Linux内核

1、入口在arch/arm/kernel/head-armv.S

2、查找处理器类型

__lookup_processor_type

__lookup_architecture_type

3、初始化页表：__creat_page_tables

4、初始化C代码空间

5、跳转到C代码中，start_kernel

ARM的MMU单元

MMU：内存管理单元

作用：

虚拟地址到物理地址的映射
存储器访问权限
控制Cache

通过MMU的访存

MMU会先查找TLB中的虚拟地址表
如果TLB中没有虚拟地址的入口，硬件从主存储器中的转换表中获取转换与访问权限。

ARM的MMU访存原理

在这里插入图片描述

ARM的MMU页表格式

MMU支持基于节或者页的存储器访问。

节：1MB的存储器块
大页：64KB的存储器块
小页：4KB的存储器块
微页：1KB的存储器块

页表的级别

存在主存储器内的转换页表有两个级别：

第一级表：存储节转换表与指向第二级表的指针
第二级表：
（1）存储大页和小页的转换表。
（2）存储微页的转换表。

一级页表的地址

第一级表占用空间16KB，必须16KB对齐
在这里插入图片描述

第一级描述符

一级表每个入口描述了它所关联的1MB虚拟地址是如何映射的。
在这里插入图片描述

节描述符

Bits[1:0] 描述符类型（10b 表示节描述符）
Bits[3:2] 高速缓存（cache）和缓冲位（buffer）
Bits[4] 由具体实现定义
Bits[8:5] 控制的节的16 种域之一
Bits[9] 现在没有使用，应该为零
Bits[11:10] 访问控制（AP）
Bits[19:12] 现在没有使用，应该为零
Bits[31:20] 节基址，形成物理地址的高12 位

节的转换过程

在这里插入图片描述

临时内核页表的创建 __create_page_tables

__create_page_tables:
pgtbl r4 @ page table address 0x30008000-0x4000
mov r0, r4 @r0=0x30004000
mov r3, #0
add r2, r0, #0x4000
1: str r3, [r0], #4
str r3, [r0], #4
str r3, [r0], #4
str r3, [r0], #4
teq r0, r2
bne 1b

把一级页表0x30004000-0xa0080000清空

krnladr r2, r4 @ start of kernel

r4=0xa0004000，r2 = 内核起始地址所在1MB对齐空间，0x30000000

add r3, r8, r2 @ flags + kernel base

r8 为从处理器信息中得到的MMU 页表标志，r8=0xc0e, r3=0x30000c0e

str r3, [r4, r2, lsr #18]@ identity mapping

地址:0x300068000, value:0x30000c0e

add r0, r4, #(TEXTADDR & 0xff000000) >> 18 
@ start of kernel
bic r2, r3, #0x00f00000
str r2, [r0] @ PAGE_OFFSET + 0MB
add r0, r0, #(TEXTADDR & 0x00f00000) >> 18
str r3, [r0], #4 @ KERNEL + 0MB

映射表内容

在这里插入图片描述

映射结果

在这里插入图片描述

进入C代码

init/main.c中的start_kernel函数，进入到了Linux内核代码中。

printk函数
重新初始化页表
初始化中断，trap_init
设置系统定时器、控制台…
创建内核进程init

标签：r0,r3,MMU,页表,Linux,Bits,arm,内核
来源： https://blog.csdn.net/m0_51061483/article/details/116108871