ARM上的Linux內(nèi)核及啟動過程5

ARM上的Linux內(nèi)核及啟動過程劉淼threewater@2006.3.21linux2.4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/lib/mm/asm-arm/linux/net/arch-pxa/proc-armv讀懂linux內(nèi)核源碼linux內(nèi)核龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜對linux內(nèi)核的統(tǒng)計：接近1萬個文件，4百萬行代碼內(nèi)核編程習(xí)慣（技巧）不同于應(yīng)用程序(uC)linux內(nèi)核的C代碼Linux內(nèi)核的主體使用GNUC，在ANSIC上進(jìn)行了擴充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，對于版本的依賴性強內(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GNUC的擴充舉例從C++中吸收了inline和const關(guān)鍵字ANSIC代碼與GNUC中的保留關(guān)鍵字沖突的問題可以通過雙下劃線（_

_）解決例如：inline等價于__inline__、asm等價于__asm__結(jié)構(gòu)體（struct）的初始化結(jié)構(gòu)體初始化structsample{

int

member_int; char*member_str; void(*member_fun)(void);};ANSIC中的實現(xiàn)structsampleinst_c={ 100, //member_int NULL, //*member_str;

myfunc //void(*member_fun)(void);};C99中的實現(xiàn)structsampleinst_c99={ .member_int=100, .member_fun=myfun,};GCC中的實現(xiàn)structsampleinst_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)體初始化的時候很有優(yōu)勢。宏定義的靈活使用（1）雖然GCC中定義了inline關(guān)鍵字，但是，宏操作（#define）仍然在系統(tǒng)中大量使用舉例：#defineDUMP_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，如果如通過下的定義，都不能滿足上述的情況定義1：#defineDUMP_WRITE(addr,nr)memcpy(bufp,addr,nr);\ bufp+=nr;定義2：#defineDUMP_WRITE(addr,nr){memcpy(bufp,addr,nr);\ bufp+=nr;}宏定義的靈活使用（2）#defineOFFSETOF(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C語言中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)核代碼需要兼顧到效率，所以，大量使用goto整個內(nèi)核的比例大概是每260行一個goto語句——速度優(yōu)先短距離的gotoLinux內(nèi)核加載過程通常，Linux內(nèi)核是經(jīng)過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)核自解壓運行內(nèi)核編譯完成的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)核壓縮內(nèi)核（zImage）的入口/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)核的起始地址開始真正的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初始化頁表（__create_page_tables）初始化C代碼空間跳轉(zhuǎn)到C代碼中，start_kernelARM的MMU內(nèi)存管理單元memorymanagementunit虛擬地址到物理地址的映射存儲器訪問權(quán)限控制Cache通過MMU的訪存MMU先查找TLB（TranslationLookasideBuffers）中的虛擬地址表如果TLB中沒有虛擬地址的入口，硬件從主存儲器中的轉(zhuǎn)換表中獲取轉(zhuǎn)換和訪問權(quán)限開始MMU之前必須創(chuàng)建轉(zhuǎn)換表ARM的MMU訪存原理ARM的MMU頁表格式MMU支持基于節(jié)或頁的存儲器訪問：節(jié)（Section）1MB的存儲器塊大頁（Largepage）64KB的存儲器塊小頁（Smallpage）4KB的存儲器塊微頁（Tinypage）1KB的存儲器塊頁表的級別存在主存儲器內(nèi)的轉(zhuǎn)換表有兩個級別：第一級表存儲節(jié)轉(zhuǎn)換表和指向第二級表的指針第二級表存儲大頁和小頁的轉(zhuǎn)換表。存儲微頁轉(zhuǎn)換表一級頁表的地址第一級表占用空間16KB，必須16KB對齊虛擬地址轉(zhuǎn)換表基址寄存器一級頁表的地址第一級描述符一級表每個入口描述了它所關(guān)聯(lián)的1MB虛擬地址是如何映射的節(jié)描述符Bits[1:0]描述符類型（10b表示節(jié)描述符）Bits[3:2]高速緩存（cache）和緩沖位（buffer）Bits[4]由具體實現(xiàn)定義Bits[8:5]控制的節(jié)的16種域之一Bits[9]現(xiàn)在沒有使用，應(yīng)該為零Bits[11:10]訪問控制（AP）Bits[19:12]現(xiàn)在沒有使用，應(yīng)該為零Bits[31:20]節(jié)基址，形成物理地址的高12位節(jié)的轉(zhuǎn)換過程__create_page_tables（1）pgtblr4@pagetableaddress 0x30008000-0x4000movr0,r4 @r0=0x30004000movr3,#0addr2,r0,#0x40001:strr3,[r0],#4strr3,[r0],#4strr3,[r0],#4strr3,[r0],#4teqr0,r2bne1b把一級頁表0x30004000－0xa0080000清空__create_page_tables（2）krnladrr2,r4@startofkernel@r4=0xa0004000，r2=內(nèi)核起始地址所在1MB對齊空間，0x30000000addr3,r8,r2@flags+kernelbase@r8為從處理器信息中得到的MMU頁表標(biāo)志，r8=0xc0e,r3=0x30000c0estrr3,[r4,r2,lsr#18]@identitymapping@地址:0x300068000,value:0x30000c0e__create_page_tables（3）

addr0,r4,#(TEXTADDR&0xff000000)>>18@startofkernelbicr2,r3,#0x00f00000strr2,[r0]@PAGE_OFFSET+0MBaddr0,r0,#(TEXTADDR&0x00f00000)>>18strr3,[r0],#4@KERNEL+0MB……映射表內(nèi)容物理地址數(shù)據(jù)0x3000e80000x30000c0e0x3000f0000xc0000c0e0x3000f0040xc0100c0e0x3000f0080xc0200c0e0x3000f00c0xc03