Linux学习之源码1：入口流程

有地方看到，启动流程是arch/arm/boot/compressed/head.s ----->调用arch/arm/boot/compressed/misc.c的decompress_kernel()
函数解压内核。---->arch/arm/kernel/head-common.S初始化 ---->init/main.c的asmlinkage void __init start_kernel(void) 

注意在arch/arm/kernel/smp.c文件中有一个启动多核处理器的函数 void __init smp_prepare_boot_cpu(void)，被init/main.c的asmlinkage void __init start_kernel(void)调用

有人说是ARM Linux的启动代码有两处，一处是经过压缩的，一处是没有经过压缩的，压缩的最终还是会调用没有压缩的，没有压缩的入口在arch/arm/kernel/head.S文件中。看起来是这样的，第二种启动流程是在boot/compressed文件夹中，证实是压缩启动流程. 

以32位arm为例，在3.9.7内核版本上分析。

1、  压缩启动流程

/arch/arm/boot/compressed/head.S

1）首先定义了一系列的宏，如writeb、loadsp、kputc、kphex、debug_reloc_start、debug_reloc_end；

2）使用r0、r7、r8分别保存r0、r1、r2的值（分别为0、MachineType、ATAG指针），r9是cpsr的值； 

3）r2保存cpsr，判断最后2bit是否0，即判断是否user mode，不是的话则设置为svc模式，并把r9中的cpsr保存到spsr；

4）把最终的kernel文件的地址放在r4中，一种方式是通过pc&0xf8000000 + TEXT_OFFSET；一种方式是zreladdr；TEXT_OFFSET = ？？

   zreladdr在makefile中定义，但是来龙去脉不清楚。

5）跳转到cache_on

6）adr      r0, LC0  //将LC0标签的地址赋给r0,LC0标签处的内容如下图所示

ldmia   r0, {r1, r2, r3, r6, r10, r11, r12}  //将r0地址开始的7个word数据分别保存到r1, r2, r3, r6, r10, r11, r12中

设置堆栈，是LC0开始第8个word的值

    /*
   * We might be running at a different address.  We need
   * to fix up various pointers.
   */
  sub r0, r0, r1  @ calculate the delta offset
  add r6, r6, r0  @ _edata
  add r10, r10, r0  @ inflated kernel size location

计算kernel size存放的地址并保存在r10中

 LC0:  .word LC0   @ r1
  .word __bss_start  @ r2
  .word _end   @ r3
  .word _edata   @ r6
  .word input_data_end - 4 @ r10 (inflated size location)
  .word _got_start  @ r11
  .word _got_end  @ ip
  .word .L_user_stack_end @ sp
  .size LC0, . - LC0

7）从r10开始的地址依次读取4个字节，拼成32bit存放在r9中，即是kernel size（解压缩的大小）的值；

8）分配空间在堆栈之上，堆栈最大64KB(0x10000)，将sp + 0x10000的值赋给r10；

9）初始化dtb的大小为0，并保存在r5中；

10）如果有device trees (dtb) appended to zImage,一些处理，暂时先不分析

截止目前，各寄存器的内容如下图所示：

 /*
 *   r0  = delta
 *   r2  = BSS start
 *   r3  = BSS end
 *   r4  = final kernel address
 *   r5  = appended dtb size (still unknown)
 *   r6  = _edata
 *   r7  = architecture ID
 *   r8  = atags/device tree pointer
 *   r9  = size of decompressed image
 *   r10 = end of this image, including  bss/stack/malloc space if non XIP
 *   r11 = GOT start
 *   r12 = GOT end
 *   sp  = stack pointer
 *
 * if there are device trees (dtb) appended to zImage, advance r10 so that the
 * dtb data will get relocated along with the kernel if necessary.
 */

11）判断是否会地址覆盖，

r10 = r10 + 16KB;

r4 > r10则不会覆盖，否则r10 = r4 + r9，r10 < r9则不会覆盖否则就会覆盖

覆盖时的处理这里先不分析

12）orrs   r1, r0, r5   //orr逻辑与，r5为0，当r0及delta也为0，跳转到not_relocated

    beq    not_relocated //否则就需要对地址进行跳转，跳转部分我们暂时先不看了

 13）清零bss段，从r2开始的地址到r3开始的地址

 14）解压缩C代码环境准备及解压缩

     decompress_kernel(

unsigned long output_start,  //（r4中的值，移送到r0）

unsigned long free_mem_ptr_p, //（sp的值，移送到r1）

               unsigned long free_mem_ptr_end_p, //（sp值＋64KB，移送到r2）

               int arch_id //（r7中的值，移送到r3）

)；

分别准备4个参数，保存在r0~r3中，然后调用decompress_kernel函数

        15)刷cache、关闭cache，分别调用cache_clean_flush、cache_off

        16）再把r7、r8中的architecture number、atags pointer恢复到r1、r2中

            跳转到__enter_kernel标签，在这里，将r0恢复到0，r4中的解压缩内核地址移送到pc中，跳转到r4中，完成从压缩内核流程向非压缩内核流程转换。

2、非压缩启动流程

       代码入口是在arch\arm\kernel\head.s，然后跳转到main.c中的start_kernel。

       确保SVC模式和中断关闭

       |

       获取cpuid

       |

       判断ATAG，貌似只判断了ATAG_CORE

       |

       __create_page_tables，创建页表

       |

       将__mmap_switched地址保存在r13中

       |

       跳转到__enable_mmu，

       在__turn_mmu_on的最后跳转到r13中，即跳转到__mmap_switched

       |

       在__mmap_switched的最后 b start_kernel

 这段GCC汇编看的好痛苦，有些在as文档中都找不到，也不知道是什么意思，所以还只是个大概。

http://linux.chinaunix.net/bbs/thread-1021226-1-1.html中有详细的描述这段汇编。