本文通過整理之前研發(fā)的一個項目（ARM7TDMI +uCLinux），分析內(nèi)核啟動過程及需要修改的文件，以供內(nèi)核移植者參考。整理過程中也同時參考了眾多網(wǎng)友的帖子，在此謝過。由于整理過程匆忙，難免錯誤及講解的不夠清楚之處，請各位網(wǎng)友指正，這里提前謝過。本文分以下部分進行介紹：
　　1. Bootloader及內(nèi)核解壓
　　2. 內(nèi)核啟動方式介紹
　　3. 內(nèi)核啟動地址的確定
　　4. arch/armnommu/kernel/head-armv.S分析
　　5. start_kernel（）函數(shù)分析
　　1. Bootloader及內(nèi)核解壓
　　Bootloader將內(nèi)核加載到內(nèi)存中，設(shè)定一些寄存器，然后將控制權(quán)交由內(nèi)核，該過程中，關(guān)閉MMU功能。通常，內(nèi)核都是以壓縮的方式存放，如zImage，這里有兩種解壓方法：
　　使用內(nèi)核自解壓程序。
　　arch/arm/boot/compressed/head.S或arch/arm/boot/compressed/head-xxxxx.S
　　arch/arm/boot/compressed/misc.c
　　在Bootloader中增加解壓功能。
　　使用該方法時內(nèi)核不需要帶有自解壓功能，而使用Bootloader中的解壓程序代替內(nèi)核自解壓程序。其工作過程與內(nèi)核自解壓過程相似：Bootloader把壓縮方式的內(nèi)核解壓到內(nèi)存中，然后跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核入口處開始執(zhí)行。
　　2. 幾種內(nèi)核啟動方式介紹
　　XIP （EXECUTE IN PLACE） 是指直接從存放代碼的位置上啟動運行。
　　2.1 非壓縮，非XIP
　　非XIP方式是指在運行之前需對代碼進行重定位。該類型的內(nèi)核以非壓縮方式存放在Flash中，啟動時由Bootloader加載到內(nèi)存后運行。
　　2.2 非壓縮，XIP
　　該類型的內(nèi)核以非壓縮格式存放在ROM/Flash中，不需要加載到內(nèi)存就能運行，Bootloader直接跳轉(zhuǎn)到其存放地址執(zhí)行。Data段復(fù)制和BSS段清零的工作由內(nèi)核自己完成。這種啟動方式常用于內(nèi)存空間有限的系統(tǒng)中，另外，程序在ROM/Flash中運行的速度相對較慢。
　　2.3 RAM自解壓
　　壓縮格式的內(nèi)核由開頭一段自解壓代碼和壓縮內(nèi)核數(shù)據(jù)組成，由于以壓縮格式存放，內(nèi)核只能以非XIP方式運行。RAM自解壓過程如下：壓縮內(nèi)核存放于ROM/Flash中，Bootloader啟動后加載到內(nèi)存中的臨時空間，然后跳轉(zhuǎn)到壓縮內(nèi)核入口地址執(zhí)行自解壓代碼，內(nèi)核被解壓到最終的目的地址然后運行。壓縮內(nèi)核所占據(jù)的臨時空間隨后被Linux回收利用。這種方式的內(nèi)核在嵌入式產(chǎn)品中較為常見。
　　2.4 ROM自解壓
　　解壓縮代碼也能夠以XIP的方式在ROM/Flash中運行。ROM自解壓過程如下：壓縮內(nèi)核存放在ROM/Flash中，不需要加載到內(nèi)存就能運行，Bootloader直接跳轉(zhuǎn)到其存放地址執(zhí)行其自解壓代碼，將壓縮內(nèi)核解壓到最終的目的地址并運行。ROM自解壓方式存放的內(nèi)核解壓縮速度慢，而且也不能節(jié)省內(nèi)存空間。
　　3. 內(nèi)核啟動地址的確定
　　內(nèi)核自解壓方式
　　Head.S/head-XXX.S獲得內(nèi)核解壓后首地址ZREALADDR，然后解壓內(nèi)核，并把解壓后的內(nèi)核放在ZREALADDR的位置上，最后跳轉(zhuǎn)到ZREALADDR地址上，開始真正的內(nèi)核啟動。
　　arch/armnommu/boot/Makefile，定義ZRELADDR和ZTEXTADDR。ZTEXTADDR是自解壓代碼的起始地址，如果從內(nèi)存啟動內(nèi)核，設(shè)置為0即可，如果從Rom/Flash啟動，則設(shè)置ZTEXTADDR為相應(yīng)的值。ZRELADDR是內(nèi)核解壓縮后的執(zhí)行地址。
　　arch/armnommu/boot/compressed/vmlinux.ld，引用LOAD_ADDR和TEXT_START。
　　arch/armnommu/boot/compressed/Makefile， 通過如下一行：
　　SEDFLAGS = s/TEXT_START/$（ZTEXTADDR）/;s/LOAD_ADDR/$（ZRELADDR）/;
　　使得TEXT_START = ZTEXTADDR，LOAD_ADDR = ZRELADDR。
　　說明：
　　執(zhí)行完decompress_kernel函數(shù)后，代碼跳回head.S/head-XXX.S中，檢查解壓縮之后的kernel起始地址是否緊挨著kernel image。如果是，beqcall_kernel，執(zhí)行解壓后的kernel。如果解壓縮之后的kernel起始地址不是緊挨著kernelimage，則執(zhí)行relocate，將其拷貝到緊接著kernel image的地方，然后跳轉(zhuǎn)，執(zhí)行解壓后的kernel。
　　Bootloader解壓方式
　　Bootloader把解壓后的內(nèi)核放在內(nèi)存的TEXTADDR位置上，然后跳轉(zhuǎn)到TEXTADDR位置上，開始內(nèi)核啟動。
　　arch/armnommu/Makefile，一般設(shè)置TEXTADDR為PAGE_OFF+0x8000，如定義為0x00008000， 0xC0008000等。
　　arch/armnommu/vmlinux.lds，引用TEXTADDR
　　4. arch/armnommu/kernel/head-armv.S
　　該文件是內(nèi)核最先執(zhí)行的一個文件，包括內(nèi)核入口ENTRY（stext）到start_kernel間的初始化代碼，主要作用是檢查CPUID，Architecture Type，初始化BSS等操作，并跳到start_kernel函數(shù)。在執(zhí)行前，處理器應(yīng)滿足以下狀態(tài)：
　　r0 - should be 0
　　r1 - unique architecture number
　　MMU - off
　　I-cache - on or off
　　D-cache – off
　　/* 部分源代碼分析 */
　　/* 內(nèi)核入口點 */
　　ENTRY（stext）
　　/* 程序狀態(tài)，禁止FIQ、IRQ，設(shè)定SVC模式 */
　　mov r0， #F_BIT | I_BIT | MODE_SVC@ make sure svc mode
　　/* 置當前程序狀態(tài)寄存器 */
　　msr cpsr_c， r0 @ and all irqs disabled
　　/* 判斷CPU類型，查找運行的CPU ID值與Linux編譯支持的ID值是否支持 */
　　bl __lookup_processor_type
　　/* 跳到__error */
　　teq r10， #0 @ invalid processor？
　　moveq r0， #‘p’ @ yes， error ‘p’
　　beq __error
　　/* 判斷體系類型，查看R1寄存器的Architecture Type值是否支持 */
　　bl __lookup_architecture_type
　　/* 不支持，跳到出錯 */
　　teq r7， #0 @ invalid architecture？
　　moveq r0， #‘a(chǎn)’ @ yes， error ‘a(chǎn)’
　　beq __error
　　/* 創(chuàng)建核心頁表 */
　　bl __create_page_tables
　　adr lr， __ret @ return address
　　add pc， r10， #12 @ initialise processor
　　/* 跳轉(zhuǎn)到start_kernel函數(shù) */
　　b start_kernel
　　__lookup_processor_type這個函數(shù)根據(jù)芯片的ID從proc.info獲取proc_info_list結(jié)構(gòu)，proc_info_list結(jié)構(gòu)定義在include/asm-armnommu/proginfo.h中，該結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)定義在arch/armnommu/mm/proc-arm*.S文件中，ARM7TDMI系列芯片的proc_info_list數(shù)據(jù)定義在arch/armnommu/mm/proc-arm6，7.S文件中。函數(shù)__lookup_architecture_type從arch.info獲取machine_desc結(jié)構(gòu)，machine_desc結(jié)構(gòu)定義在include/asm-armnommu/mach/arch.h中，針對不同arch的數(shù)據(jù)定義在arch/armnommu/mach-*/arch.c文件中。
　　在這里如果知道processor_type和architecture_type，可以直接對相應(yīng)寄存器進行賦值。
　　5. start_kernel（）函數(shù)分析
　　下面對start_kernel（）函數(shù)及其相關(guān)函數(shù)進行分析。
　　5.1 lock_kernel（）
　　/* Getting the big kernel lock.
　　* This cannot happen asynchronously，
　　* so we only need to worry about other
　　* CPU‘s.
　　*/
　　extern __inline__ void lock_kernel（void）
　　{
　　if （！++current-》lock_depth）
　　spin_lock（&kernel_flag）;
　　}
　　kernel_flag是一個內(nèi)核大自旋鎖，所有進程都通過這個大鎖來實現(xiàn)向內(nèi)核態(tài)的遷移。只有獲得這個大自旋鎖的處理器可以進入內(nèi)核，如中斷處理程序等。在任何一對lock_kernel／unlock_kernel函數(shù)里至多可以有一個程序占用CPU。進程的lock_depth成員初始化為-1，在kerenl/fork.c文件中設(shè)置。在它小于0時（恒為-1），進程不擁有內(nèi)核鎖；當大于或等于0時，進程得到內(nèi)核鎖。
　　5.2 setup_arch（）
　　setup_arch（）函數(shù)做體系相關(guān)的初始化工作，函數(shù)的定義在arch/armnommu/kernel/setup.c文件中，主要涉及下列主要函數(shù)及代碼。
　　5.2.1 setup_processor（）
　　該函數(shù)主要通過
　　for （list = &__proc_info_begin; list 《 &__proc_info_end ; list++）
　　if （（processor_id & list-》cpu_mask） == list-》cpu_val）
　　break;
　　這樣一個循環(huán)來在.proc.info段中尋找匹配的processor_id，processor_id在head_armv.S文件
　　中設(shè)置。
　　5.2.2 setup_architecture（machine_arch_type）
　　該函數(shù)獲得體系結(jié)構(gòu)的信息，返回mach-xxx/arch.c 文件中定義的machine結(jié)構(gòu)體的指針，包含以下內(nèi)容：
　　MACHINE_START （xxx， “xxx”）
　　MAINTAINER （“xxx”）
　　BOOT_MEM （xxx， xxx， xxx）
　　FIXUP （xxx）
　　MAPIO （xxx）
　　INITIRQ （xxx）
　　MACHINE_END
　　5.2.3內(nèi)存設(shè)置代碼
　　if （meminfo.nr_banks == 0）
　　{
　　meminfo.nr_banks = 1;
　　meminfo.bank［0］.start = PHYS_OFFSET;
　　meminfo.bank［0］.size = MEM_SIZE;
　　}
　　meminfo結(jié)構(gòu)表明內(nèi)存情況，是對物理內(nèi)存結(jié)構(gòu)meminfo的默認初始化。nr_banks指定內(nèi)存塊的數(shù)量，bank指定每塊內(nèi)存的范圍，PHYS_OFFSET指定某塊內(nèi)存塊的開始地址，MEM_SIZE指定某塊內(nèi)存塊長度。PHYS_OFFSET和MEM_SIZE都定義在include/asm-armnommu/arch-XXX/memory.h文件中，其中PHYS_OFFSET是內(nèi)存的開始地址，MEM_SIZE就是內(nèi)存的結(jié)束地址。這個結(jié)構(gòu)在接下來內(nèi)存的初始化代碼中起重要作用。