三、VMLINUX内核启动代码剖析
从下面开始就进入了真正的内核了，首先实行的代码是在
arch/arm/kernel/head.S中的汇编代码，然后就进入了内核的c代码部分
(init/Main. c),把稳，此刻内核的编译链接地址不再是0x0 了，而是0xC0008000
了。
内核汇编部分：（关于该部分参考我的另一篇详细的剖析）
刚刚进入内核汇编时的一些系统状态和寄存器值如下
Mmu 关闭，I Cache 和D Cache 打消并关闭，r0=0, rl=architecture ID。
从arch/arm/kernel/vmlinux. Ids文件中可以看出，解压后内核是从stext
段开始实行的。
1. 确保系统处于SVC模式并且FIR、IRQ都已经关闭、
2. 调用_lookup_processor_type函数，通过协处理器cpl5读取出系统cpu
的id，然后通过查無 [^核映像中 .proc. info, init段的所有
proc_info_list数据构造，以判断该内核是否支持该款cpu。
3. 调用_lookup_machine_type函数，检査由uboot通报进来的machine
architecture number是否被内核支持，也便是在内核
的 .arch. info, init段中查找看是否有对应 machine number的
machine_desc数据构造体存在。
下面进入start_kernel函数去实行，in init/Main. c文件
1. printk(linu:x_banner)打印内核的一些信息，版本，作者，编译器版本，日
期等信息
2. setup_arch(&command_line); /氺 in arm/kernel/setup. c /
函数原型：void —init |setup_arch|(char cmdline』）
批注[si4]:嗯，重中之重啊
a. setup_processor()+lookup_processor_type〇 获取对应处理器 id 的
proc_info_list 构造体 list，取出 cpu_name，打印关于 epuname，id,
proc_arch 的信息，设置上 system_utsname= list->arch_name(armv4t)，
elf_platform= list->elf_name (v4), elf_hwcap = list->elf_hwcap;
/ l|2|4 /，接着实行 cpu_proc_init()函数
Cpu-single. h中有如下定义
#define cpu_proc_init —cpu_fn(CPU_NAME, _proc_init)
#def ine —cpu_fn (name, x) —catify_fn (name, x)
#def ine —catify_fn (name, x) narae##x
CPU_NAME = cpu_arm920
以是 cpu_proc_init();函数实际上是函数 cpu_arm920_proc_init()函
数，在pr〇c_arm920. S文件中定义的。
b. mdesc = setup—machine (machine—arch—type)函数
取出当前系统的在内核.arch. info, init段内对应的machine_desc数据
构造体的地址list，并打印出list-name内容
c. machine_name = mdesc->name 设置全局变量 machine_name
d. tags = phys_to_virt(mdesc_>boot_params)，修正默认的参数地址，使
用uboot传运进^的参数的真实地址0x30000100并将其转换成虚拟地址
OxcOOOOlOO
e. 参数解析
if (tags->hdr. tag == ATAG_C0RE) {
if (meminfo. nr—banks != 0) / meminfo defined in setup, c /
squash_mem_tags(tags);
parse_tags(tags);
} _
static struct meminfo meminfo —initdata = { 0, };in steup. c
以是这里会调用parse_tags(tags) (in steup. c)函数。
Steup_arch ()-->parse_tags ()-->parse_tag (),
all function in steup. c
_tagtable_begin， _tagtable_end 这两个参数是在
arch/arm/kernel/vmlinux. Ids文件中确定的，这个区间存放了各种参
数的解析函数，可以直接引用
parSe_tag〇函数便是查找这个区间的各种参数头，来和通报寄来的参数
头进行匹配，找到了之后就利用个中的函数指针parse来进行参数解析，
详细怎么解析须要剖析各种参数的浸染了。如果匹g不到的话，会打印
信息说 Ignoring unrecognised tag 0x%08x\n，表示 uboot 通报进来了
一个内核识别不了的参数。
f. struct mm_struct init_mm = INIT_MM(init_mm);
start_code = (unsigned long) &_text;
init_mm. end_code = (unsigned long) &_etext;
init_mm. end_data - (unsigned long) &_edata;
init mm. brk = (unsigned long) &—end;
_text, _etext, _edata, _end 都是在 arch/arm/kernel/vmlinux. Ids
文件中#定的
g. parse_cmdline(cmdline_p，from)解析 uboot 通报寄来的 commond_line
字符串，通过from指针内的参数解析到command_line这个全局数组里，
然后将该数组的地址赋值给上上级传进来的参数 command_line
(start_kernerl)。这里只剖析了当中的mem、initrd部分，其余一处是
start_kernel()->parse_option〇用于解析别的部分。将 mem 和 initrd
参数从原始 cormnand_line中扣出，留下的部分放在 cmdline_p中
(start_kernel传进来的参数，第二次剖析会用到）。由于接下来是建立
内存的映射页表，须要用到mem、initrd两个参数的内容，以是在这里
提前解析出来。
h. paging_init(&meminfo，mdesc);/这部分的紧张事情建立页表，初始
化内存 / in arch/arm/imn/init. c 文件中
memtable_init (mi)为系统内存创建页表，是一个比较主要的函数，
详细的参考网址
http://bbs. sjtu. edu. cn/bbstcon, board, Embedded, reid, 1165977462.
html
的内容，须要把稳的是这个函数中将中断向量表映射到了 OxffffOOOO
开始处
调用 mdesc->map_io() 函数，在 smdk2410 中位于
arch/arm/mach-s3c2410/mach-sindk2410. c文件中的 smdk2410_map_io()
函数，关于这部分的外设的静态映射剖析请_考易松华老师
Linux静态映射剖析，smdk2410_map_io()函数紧张做了下M冗祥攀十青：
1 )、iotable_init(s3c_iodesc，ARRAY_SIZE(s3c_iodesc))建立
GPIO, IRQ, MEMCTRL, UART 的#态映射表
2)
、（cpu->map_io) (mach_desc, size)建立其他外设的静态映射表，
包括网卡，LCD,看门狗等
这里须要明确一点的是在map. h文件中的
S3C2410_ADDR(x) ((void _iomem )0xF0000000 + (x))
表明我们处理的10和外设的寄存器被静态映射到了 OxFOOOOOOO开
始地方，个中每一种外设的空间占1M大小。
这里必须得提到的是内存的三种映射和利用办法：1.处理器的GPI0,各
种外设（IRQ, UART, MEMCRTL, WATCHDOG, USB等）的寄存器的静态映射，
也便是上面赤色字体表示出来的。这是映射到内核空间内，以是用户程
序是不能访问的，只能由内核来访问。2.内核空间访问的虚拟地址（比
如是代码的地址或者是kmalloc空间的地址）都是在0x30008000开始后
的空间，也便是说这中虚拟地址是通过静态映射得到的，这部分也只能
由内核访问。phys_to_virt和virt_to_phys，3.除此之外的物理地址
都是通过mmu的规射出来的 ,TTB已"^确定在0x30004000开始的16K
空间便是一级页表的空间。通过这中办法映射的虚拟地址用户程序和内
核程序都可以访问，不过解析式通过 ramu来完成的而已。参考
arch/arm/kernel/head. S中建立的4M空间手工页表便是按照mmu的规则
建立的（只不过是按照sector的办法建立）
3) 、对时钟，Uart的大略初始化。
h.request_standard_resources(&meminfo, mdesc) 为 memory ，
kernel_text, kernel_data，video_ram在资源树种申请标准资源。它完成
实际的备源分配事情，如果参数new所描述的资源中的一部分或全部已经被
其它节点所占用，则函数返回与new相冲突的resource构造的指针。否则
就返回NULL
i. cpu_init()函数剖析 in arch/arm/kernel/setup. c
打印一些关于cpu的信息，比如cpu id, cache大小等。其余主要的是
设置了 IRQ、ABT、UND三种模式的stack空间，分别都是12个字节。末了
将系统切换到svc模式。
i.用_mach_desc_SMDK2410_type构造体中特定成员来初始化系统的这么
写全局变量 init_arch_irq, init_machine, system_timer
3. sched_init()函数
初始&每个处理器的可运行行列步队，设置系统初始化进程即0号进程。也便是
调用了 init_idie (current, smp_processor_id〇)初始化 idle 当提高程。
4. pre empt_d i sab 1 e ()禁止抢占
5. 建立系统内存页区(zone)链表build_all_zonelists〇
6. printk(KERN_N0TICE 〃Kernel command line: %s\n〃，saved_command_line);
打印出从uboot通报过来的command_line字符串，在setup_arch函数中获
得的。
7. parse_early_param〇,这里剖析的是系统能够辨别的一些早期参数（这个函数乃至可以去掉，_ s e t u p的形式的参数），而且在剖析的时候并不因此
setup_arch (&command_line)传出来的 command_line 为根本，而因此最原
生态的saved_coramand_line为根本的。
8. parse_args (’’Booting kernel' command_line, —start________par am,
—stop___param - —start______par am,
&unknown_bootoption);
对付比较新的版本真正起浸染的函数，与parse_early_param〇;比较，此处对解析
列表的处理范围加大了，解析列表中除了包括系统以setup定义的启动参数，还包括模
块中定义的param参数以及系统不能辨别的参数。
c〇mmand_line是setup_arch函数通报出来的值；
_start___ param是param参数的起始地址，在System, map文件中能看到
_stop___param - _start___param是参数个数
unknown_bootoption是对应与启动参数不是param的相应处理函数（查看
parse_one ()就知道怎么回事）
函数parse_one()既可以处理param参数，又可以处理_setup的形式的参
数，还可以处理不能识别的参数。当然这些都是依赖通报进来的参数进行分支处
理的。
参数的处理详情参考网络上另一篇文章：Linux启动bootargs参数剖析
9. sort_main_extable ()
将放在—start___ ex_table 到—stop____ ex_table 之间的(_ex_table)区
域中的struct exception_table_entry型全局构造变量按insn成员变量值
从小到大排序，即将可能_致缺&非常的指令按其指令二进制代码值从小到
大排序。
10.在前面的 setup_arch->paging_init-> memtable_init 函数中为系统创建
页表的时候，中断向量表的虚地址 init_ maps，是用
alloc_ bootmem_ low_ pages分配的，ARM规定中断向量表的地址只能是0或
OxFFFFOOOO，#以该函数里有部分代码的浸染便是映射一页到0或
OxFFFFOOOO。
trap_init函数做了一下的事情：把放在.Lcvectors处的系统8个意外入口
跳转指令搬到高端中断向量 OxffffOOOO处，再将_ stubs_start到
_S tubs_e nd之间的各种意外初始化代码搬到0xffff0200处。将系统调用的
返回句^拷贝到〇x ffff〇5〇〇处。刷新OxffffOOOO处1页范围的指令cache，
将 D0MAINJJSER 的访问权限由 DOMAIN_MANAGER 改成 D0MAIN_CLIENT 权限。
11. rcu_init 〇函数初始化当前cpu的读、复制、更新数据构造(struct rcu_data)
全局变量 per cpu rcu data 和 per cpu rcu bh data.
12. init_IRQ 函数
初始化系统中支持的最大可能中断数的中断描述构造struct irqdesc变量数
组ir(L<lesc[NR_IRQS]，把每个构造变量irq_desc[n]都初始化成预先定义好
的坏中断描述结"构变量bacUrcLdesc，并初始化该中断的链表表头成员构造
变量pend。
实行init_arch_irq函数，该函数是在setup_arch函数末了初始化的一个全
局函数指针，指向了 smdk2410_init_irq 函数（inmach-smdk2410. c)，实际
上是调用了 s3C 24xx_init_irq_函数在该函数中，首先打消所有的中断未决
标志，之后就初始化中断的触发办法和屏蔽位，还有中断句柄初始化，这里
不是终极用户的中断函数，而是do_level_IRQ或者do_edge_IRQ函数，在这
两个函数中都利用过_do_irq函数来找到真正终极驱动程序注册在系统中
的中断处理函数。
status = 0;
do {
if (ret == IRQ
一
HANDLED)
status |= action->flags;
retval |= ret:
action = action->next;
} while (action);
接着初始化外部中断的一些参数，末了补充初始化uart和ADC中断。
13. pidhash_init ()函数
设置系泰中每种 pidjiash表中的 hash链表数的移位值全局变量
pidhash_shift, 将 pidhash_shift 设置成min (12)。分别为每种 hash 表的
连续hash链表表头构造^请内存，把申请到的内存虚拟基址分别传给
pid_hash[n] (n=l~3),并将每种hash表中的每个hash链表表头构造struct
hlist_head中的first成员指针设置成NULL
14. init_timers ()函数
初始Ifc当前处理器的韶光向量基本构造struct tveC_t_baSe_S全局变量
per_cpu_tvec_bases,初始化 per_cpu_tvec_bases 的自选锁成员变量 lock
5: void _init jllit tilTISrS (void)
1： {
) ： //这个函数便是 ti rrers_nb这个构造体的 cal I函 数
>: timer_cpu_notify(& timers—nb， (unsigned long)CPU—UP—PREPARE,
1: (void ) (long) smp_processor_id ());
l
h / /这个是用的机制和 cpuf r eq的机制是一样的，通过 not i f i er_chai n_r egi st er (&cpu_chai n, nb)注册以
): / /只不过这里的链是 cpu_chai n,而 cpufreq是其他的链
.: register_cpu_noti fier(&
timors_nb );
>
•
ji //设置软中断行动函数描述构造变量softirq_ueC[z1](系统定时器)的设置
1： //也便是设置timer定时器到之后的处理函数
): open—softirq (TIMER—SOFTIRQ, run_timer_sof tirq , NULL);
15. softirqjnit 函数
内核的软中断机制初始化函数，void _____ init softirq_init (void)
{ 一
/HI_SCFTI RQffl于实现 bottom hal f, TASKLET_SCFTI RQffl 于公共的 t ask 丨 et V
open_so f t irq ( TASKLET_SOFTIR〇 , tasklet_act ion , NULL );
open_sof tirq (HI_SOFTIRQJ tasklet_hi_act ion , NULL);
}
16. time_init()这个函数是用来做体系干系的timer的初始化
void ___init time init(v
〇
id)
if (
timer - >offset == NULL)
system_ timer - >offset = dummy—get t imeo f fset;
system_ timer - > i n i t ();
还记得在setup_arch末了初始化了三个全局的变量吗？下图所示
/«
x Set up uarious architecture-specific pointers
/ /运 行 rrach-smdk2410- c文件中定义的构造体 __nBch_desc_SNEK2410中的特定函数和构造 |
init_arch_irq - mdesc->init_irq;/x smdk2410_init_irq
system一 timer - mdesc- > t imer ; /« 3c24xx_tim9r «/
inj t_machine - mdesc-> ini t_machine ;/« smdk2410_init_fs2410 x/
static void ____ init
s3c2410 timer init
(void)
{
s3c2410_timer_setup();
setup—irq ^ s3c241 D_ timer_irq );
struct sys_timer
.init =
.offset =
.resume =
s3 c2 4xx_t imer = {
s3 c2 410_t imer_ini t,
s3 c2 410_get t imeo f fset,
s3 c2 410—t imer—setup
很显然，t i m e_i n i t函数中的i f条件不成立，以是便是直接实行了函数
s3c2410_timer_init函数。可以看出，系统利用了 timer4来作为系统的定
时器。
17. console_init 函数
初始化系统的掌握台构造，该函数实行后调用printk函数将log_buf中所有
符合打印级别的系统信息打印到掌握台上
a. tty_register_ldisc ()注册默认的TTY线路规程
大象研究tty的驱动就会创造了在用户和硬件之间tty的驱动是分了三
层最底层当然是tty驱动程序了，紧张卖力从硬件接管数据，和格式化
上层发下来的数据后给硬件。在驱动程序之上便是线路规程了，他卖力
把从tty核心层或者tty驱动层接管的数据进行分外的按着某个协议的格式化，就像是Pf5p或者蓝牙协议，然后在分发出去的。在tty线路规
程之上便是tty核心层了。
b.接下来便是实行平台干系的掌握台初始化代码
s3c24xx_serial_initconsole
/
在vmlinux. Ids. S中连接脚本汇编中有这段代码
—con_initcall_start =.;
(. con_initcall. init)
一con initcall—end =.;
因此我们再此处调用的便是C〇n_initcall. init段的代码，
将fn函数放到.con_initcall. init的输入段中，如下：
^define console_initcall(fn) \
static initcall_t —initcall_##fn \
—attribute_used_
—attribute—((—section—(〃. con_initcall. init")))=fn
j
//在我们串口驱动里面有
这么一个注册语句：console_initcall (s3c24xx_serial_initconsole);
//因此我们的掌握台初始化流
程便是：start_kernel->console_init_>s3c24xx_serial_initconsole
call = 一con_initcall_start; / console_initcall /
while (call < —con_initcall_end) {
(call)();
call++;
18_ profile_init ()函数
/对系&阐发做干系初始化，系统阐发用于系统调用/
//profile是用来对系统阐发的，在系统调试的时候有用
//须要打开内核选项，并且在bootargs中有profile这一项才能开启这个功
能
/
profile只是内核的一个调试性能的工具，这个可以通过menuconfig
中 profiling support 打开。
1. 如何利用profile:
首先确认内核支持profile，然后在内核启动时加入以下参数：
profile=l或者其它参数，新的内核支持profile=schedule 1
2.
内核启动后会创建/ proc/ profile文件，这个文件可以通过
readprofile 读取，
$口 readprofile -m / proc/kallsyms | sort -nr >
Vcur_ profile. log,
或者 readprofile _r _m / proc/kallsyms | sort - nr,
或者 readprofile _r && sleep 1 && readprofile _ m/ proc/kallsyms
