嵌入式Linux內核移植相關代碼分析
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C、B：這兩位決定了該section的cache＆write buffer屬性，這與該段的用途(RO or RW)有密切關系。不同的用途要做不同的設置。
C B 具體含義
0 0 無cache，無寫緩沖，任何對memory的讀寫都反映到總線上。對 memory 的操作過程中CPU需要等待。
0 1 無cache，有寫緩沖，讀操作直接反映到總線上。寫操作CPU將數據寫入到寫緩沖后繼續運行，由寫緩沖進行寫回操作。
1 0 有cache，寫通模式，讀操作首先考慮cache hit；寫操作時直接將數據寫入寫緩沖，如果同時出現cache hit，那么也更新cache。
1 1 有cache，寫回模式，讀操作首先考慮cache hit；寫操作也首先考慮cache hit。
由于ARM中section表項的權限位和page表項的位置不同， 以下代碼根據struct map_desc 中的保護標志，分別計算頁表項中的AP, Domain和CB標志位。
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prot_pte = L_PTE_PRESENT | L_PTE_YOUNG | L_PTE_DIRTY |
(md->prot_read ? L_PTE_USER : 0) |
(md->prot_write ? L_PTE_WRITE : 0) |
(md->cacheable ? L_PTE_CACHEABLE : 0) |
(md->bufferable ? L_PTE_BUFFERABLE : 0);
prot_sect = PMD_TYPE_SECT | PMD_DOMAIN(md->domain) |
(md->prot_read ? PMD_SECT_AP_READ : 0) |
(md->prot_write ? PMD_SECT_AP_WRITE : 0) |
(md->cacheable ? PMD_SECT_CACHEABLE : 0) |
(md->bufferable ? PMD_SECT_BUFFERABLE : 0);
/********************************************************************/
設置虛擬地址，偏移地址和內存length
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virt = md->virtual;
off = md->physical - virt;
length = md->length;
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Send_linux 回復于：2007-03-06 15:45:16
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建立虛擬地址到物理地址的映射
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while ((virt 0xfffff || (virt + off) 0xfffff) length >= PAGE_SIZE) {
alloc_init_page(virt, virt + off, md->domain, prot_pte);
virt += PAGE_SIZE;
length -= PAGE_SIZE;
}
while (length >= PGDIR_SIZE) {
alloc_init_section(virt, virt + off, prot_sect);
virt += PGDIR_SIZE;
length -= PGDIR_SIZE;
}
while (length >= PAGE_SIZE) {
alloc_init_page(virt, virt + off, md->domain, prot_pte);
virt += PAGE_SIZE;
length -= PAGE_SIZE;
}
/*************************************************************************/
create_mapping的作用是設置虛地址virt 到物理地址virt + off_set的映射頁目錄和頁表。
/*************************************************************************/
/* 映射中斷向量表區域 */
init_maps->physical = virt_to_phys(init_maps);
init_maps->virtual = vectors_base();
init_maps->length = PAGE_SIZE;
init_maps->domain = DOMAIN_USER;
init_maps->prot_read = 0;
init_maps->prot_write = 0;
init_maps->cacheable = 1;
init_maps->bufferable = 0;
create_mapping(init_maps);
中斷向量表的虛地址init_maps，是用alloc_bootmem_low_pages分配的，通常是在PAGE_OFF+0x8000前面的某一頁，vectors_base()是個宏，ARM規定中斷向量表的地址只能是0或0xFFFF0000，所以上述代碼映射一頁到0或0xFFFF0000，中斷處理程序中的部分代碼也被拷貝到這一頁中。
5.3 parse_options()
分析由內核引導程序發送給內核的啟動選項，在初始化過程中按照某些選項運行，并將剩余部分傳送給init進程。這些選項可能已經存儲在配置文件中，也可能是由用戶在系統啟動時敲入的。但內核并不關心這些，這些細節都是內核引導程序關注的內容，嵌入式系統更是如此。
5.4 trap_init()
這個函數用來做體系相關的中斷處理的初始化，在該函數中調用__trap_init((void*)vectors_base())函數將exceptionvector設置到vectors_base開始的地址上。__trap_init函數位于entry-armv.S文件中，對于ARM處理器，共有復位、未定義指令、SWI、預取終止、數據終止、IRQ和FIQ幾種方式。SWI主要用來實現系統調用，而產生了IRQ之后，通過exceptionvector進入中斷處理過程，執行do_IRQ函數。
armnommu的trap_init（）函數在arch/armnommu/kernel/traps.c文件中。vectors_base是寫中斷向量的開始地址，在include/asm-armnommu/proc-armv/system.h文件中設置，地址為0或0XFFFF0000。
ENTRY(__trap_init)
stmfd sp!, {r4 - r6, lr}
mrs r1, cpsr @ code from 2.0.38
bic r1, r1, #MODE_MASK @ clear mode bits /* 設置svc模式，disable IRQ,FIQ */
orr r1, r1, #I_BIT|F_BIT|MODE_SVC @ set SVC mode, disable IRQ,FIQ
msr cpsr, r1
adr r1, .LCvectors @ set up the vectors
ldmia r1, {r1, r2, r3, r4, r5, r6, ip, lr}
stmia r0, {r1, r2, r3, r4, r5, r6, ip, lr} /* 拷貝異常向量 */
add r2, r0, #0x200
adr r0, __stubs_start @ copy stubs to 0x200
adr r1, __stubs_end
1: ldr r3, [r0], #4
str r3, [r2], #4
cmp r0, r1
blt 1b
LOADREGS(fd, sp!, {r4 - r6, pc})
__stubs_start到__stubs_end的地址中包含了異常處理的代碼，因此拷貝到vectors_base+0x200的位置上。
5.5 init_IRQ()
void __init init_IRQ(void)
{
extern void init_dma(void);
int irq;
for (irq = 0; irq NR_IRQS; irq++) {
irq_desc[irq].probe_ok = 0;
irq_desc[irq].valid = 0;
irq_desc[irq].noautoenable = 0;
irq_desc[irq].mask_ack = dummy_mask_unmask_irq;
irq_desc[irq].mask = dummy_mask_unmask_irq;
irq_desc[irq].unmask = dummy_mask_unmask_irq;
}
CSR_WRITE(AIC_MDCR, 0x7FFFE); /* disable all interrupts */
CSR_WRITE(CAHCNF,0x0);/*Close Cache*/
CSR_WRITE(CAHCON,0x87);/*Flush Cache*/
while(CSR_READ(CAHCON)!=0);
CSR_WRITE(CAHCNF,0x7);/*Open Cache*/
init_arch_irq();
init_dma();
}
這個函數用來做體系相關的irq處理的初始化，irq_desc數組是用來描述IRQ的請求隊列，每一個中斷號分配一個irq_desc結構，組成了一個數組。NR_IRQS代表中斷數目，這里只是對中斷結構irq_desc進行了初始化。在默認的初始化完成后調用初始化函數init_arch_irq，先執行arch/armnommu/kernel/irq-arch.c文件中的函數genarch_init_irq()，然后就執行include/asm-armnommu/arch-xxxx/irq.h中的inline函數irq_init_irq，在這里對irq_desc進行了實質的初始化。其中mask用阻塞中斷；unmask用來取消阻塞；mask_ack的作用是阻塞中斷，同時還回應ack給硬件表示這個中斷已經被處理了，否則硬件將再次發生同一個中斷。這里，不是所有硬件需要這個ack回應，所以很多時候mask_ack與mask用的是同一個函數。
接下來執行init_dma（）函數，如果不支持DMA，可以設置include/asm-armnommu/arch-xxxx/dma.h中的MAX_DMA_CHANNELS為0，這樣在arch/armnommu/kernel/dma.c文件中會根據這個定義使用不同的函數。
5.6 sched_init()
初始化系統調度進程，主要對定時器機制和時鐘中斷的BottomHalf的初始化函數進行設置。與時間相關的初始化過程主要有兩步：（1）調用init_timervecs()函數初始化內核定時器機制；（2）調用init_bh()函數將BH向量TIMER_BH、TQUEUE_BH和IMMEDIATE_BH所對應的BH函數分別設置成timer_bh()、tqueue_bh()和immediate_bh()函數
5.7 softirq_init()
內核的軟中斷機制初始化函數。調用tasklet_init初始化tasklet_struct結構，軟中斷的個數為32個。用于bh的tasklet_struct結構調用tasklet_init()以后，它們的函數指針func全都指向bh_action()。bh_action就是tasklet實現bh機制的代碼，但此時具體的bh函數還沒有指定。
HI_SOFTIRQ用于實現bottom half，TASKLET_SOFTIRQ用于公共的tasklet。
open_softirq(TASKLET_SOFTIRQ, tasklet_action, NULL); /* 初始化公共的tasklet_struct要用到的軟中斷 */
open_softirq(HI_SOFTIRQ, tasklet_hi_action, NULL); /* 初始化tasklet_struct實現的bottom half調用 */
這里順便講一下軟中斷的執行函數do_softirq()。
軟中斷服務不允許在一個硬中斷服務程序內部執行，也不允許在一個軟中斷服務程序內部執行，所以通過in_interrupt()加以檢查。h->action 就是串行化執行軟中斷，當bh 的tasklet_struct鏈入的時候，就能在這里執行，在bh里重新鎖定了所有CPU，導致一個時間只有一個CPU可以執行bh函數，但是do_softirq()是可以在多CPU上同時執行的。而每個tasklet_struct在一個時間上是不會出現在兩個CPU上的。另外，只有當Linux初始化完成開啟中斷后，中斷系統才可以開始工作。
5.8 time_init()
這個函數用來做體系相關的timer的初始化，armnommu的在arch/armnommu/kernel/time.c。這里調用了在include/asm-armnommu/arch-xxxx/time.h中的inline函數setup_timer，setup_timer（）函數的設計與硬件設計緊密相關，主要是根據硬件設計情況設置時鐘中斷號和時鐘頻率等。
void __inline__ setup_timer (void)
{
/*----- disable timer -----*/
CSR_WRITE(TCR0, xxx);
CSR_WRITE (AIC_SCR7, xxx); /* setting priority level to high */
/* timer 0: 100 ticks/sec */
CSR_WRITE(TICR0, xxx);
timer_irq.handler = xxxxxx_timer_interrupt;
setup_arm_irq(IRQ_TIMER, timer_irq); /* IRQ_TIMER is the interrupt number */
INT_ENABLE(IRQ_TIMER);
/* Clear interrupt flag */
CSR_WRITE(TISR, xxx);
/* enable timer */
CSR_WRITE(TCR0, xxx);
}
5.9 console_init()
控制臺初始化?？刂婆_也是一種驅動程序，由于其特殊性，提前到該處完成初始化，主要是為了提前看到輸出信息，據此判斷內核運行情況。很多嵌入式Linux操作系統由于沒有在/dev目錄下正確配置console設備，造成啟動時發生諸如unable to open an initialconsole的錯誤。
/*******************************************************************************/
init_modules()函數到smp_init()函數之間的代碼一般不需要作修改，
如果平臺具有特殊性，也只需對相關函數進行必要修改。
這里簡單注明了一下各個函數的功能，以便了解。
/*******************************************************************************/
5.10 init_modules()
模塊初始化。如果編譯內核時使能該選項，則內核支持模塊化加載/卸載功能
5.11 kmem_cache_init()
內核Cache初始化。
5.12 sti()
使能中斷，這里開始，中斷系統開始正常工作。
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Send_linux 回復于：2007-03-06 15:46:04
5.13 calibrate_delay()
近似計算BogoMIPS數字的內核函數。作為第一次估算，calibrate_delay計算出在每一秒內執行多少次__delay循環，也就是每個定時器滴答（timer tick）D百分之一秒內延時循環可以執行多少次。這種計算只是一種估算，結果并不能精確到納秒，但這個數字供內核使用已經足夠精確了。
BogoMIPS的數字由內核計算并在系統初始化的時候打印。它近似的給出了每秒鐘CPU可以執行一個短延遲循環的次數。在內核中，這個結果主要用于需要等待非常短周期的設備驅動程序DD例如，等待幾微秒并查看設備的某些信息是否已經可用。
計算一個定時器滴答內可以執行多少次循環需要在滴答開始時就開始計數，或者應該盡可能與它接近。全局變量jiffies中存儲了從內核開始保持跟蹤時間開始到現在已經經過的定時器滴答數， jiffies保持異步更新，在一個中斷內——每秒一百次，內核暫時掛起正在處理的內容，更新變量，然后繼續剛才的工作。
5.14 mem_init()
內存初始化。本函數通過內存碎片的重組等方法標記當前剩余內存, 設置內存上下界和頁表項初始值。
5.15 kmem_cache_sizes_init()
內核內存管理器的初始化，也就是初始化cache和SLAB分配機制。
5.16 pgtable_cache_init()
頁表cache初始化。
5.17 fork_init()
這里根據硬件的內存情況，如果計算出的max_threads數量太大，可以自行定義。
5.18 proc_caches_init();
為proc文件系統創建高速緩沖
5.19 vfs_caches_init(num_physpages);
為VFS創建SLAB高速緩沖
5.20 buffer_init(num_physpages);
初始化buffer
5.21 page_cache_init(num_physpages);
頁緩沖初始化
5.22 signals_init();
創建信號隊列高速緩沖
5.23 proc_root_init();
在內存中創建包括根結點在內的所有節點
5.24 check_bugs();
檢查與處理器相關的bug
5.25 smp_init();
5.26 rest_init(); 此函數調用kernel_thread(init, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGNAL)函數。
5.26.1 kernel_thread()函數分析
這里調用了arch/armnommu/kernel/process.c中的函數kernel_thread，kernel_thread函數中通過 __syscall(clone) 創建新線程。__syscall(clone)函數參見armnommu/kernel目錄下的entry-common.S文件。
5.26.2 init()完成下列功能：
Init()函數通過kernel_thread(init, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGNAL)的回調函數執行，完成下列功能。
do_basic_setup()
在該函數里，sock_init()函數進行網絡相關的初始化，占用相當多的內存，如果所開發系統不支持網絡功能，可以把該函數的執行注釋掉。
do_initcalls()實現驅動的初始化, 這里需要與vmlinux.lds聯系起來看才能明白其中奧妙。
static void __init do_initcalls(void)
{
initcall_t *call;
call = __initcall_start;
do {
(*call)();
call++;
} while (call __initcall_end);
/* Make sure there is no pending stuff from the initcall sequence */
flush_scheduled_tasks();
}
查看 /arch/i386/vmlinux.lds，其中有一段代碼
__initcall_start = .;
.initcall.init : { *(.initcall.init) }
__initcall_end = .;
其含義是__initcall_start指向代碼節.initcall.init的節首，而__initcall_end指向.initcall.init的節尾。
do_initcalls所作的是系統中有關驅動部分的初始化工作，那么這些函數指針數據是怎樣放到了.initcall.init節呢？在include/linux/init.h文件中有如下3個定義：
1. #define __init_call __attribute__ ((unused,__section__ (.initcall.init)))
__attribute__的含義就是構建一個在.initcall.init節的指向初始函數的指針。
2. #define __initcall(fn) static initcall_t __initcall_##fn __init_call = fn
##意思就是在可變參數使用宏定義的時候構建一個變量名稱為所指向的函數的名稱，并且在前面加上__initcall_
3. #define module_init(x) __initcall(x);
很多驅動中都有類似module_init(usb_init)的代碼，通過該宏定義逐層解釋存放到.initcall.int節中。
blkmem相關的修改(do_initcalls()初始化驅動時執行此代碼)
在blkmem_init()函數中，調用了blk_init_queue()函數，blk_init_queue()函數調用了 blk_init_free_list()函數，blk_init_free_list()函數又調用了blk_grow_request_list() 函數，在這個函數中會kmem_cache_alloc出nr_requests個request結構體。
這里如果nr_requests的值太大，則將占用過多的內存，將造成硬件內存不夠，因此可以根據實際情況將其替換成了較小的值，比如32、16等。
free_initmem
這個函數在arch/armnommu/mm/init.c文件中，其作用就是對init節的釋放，也可以通過修改代碼指定為不釋放。
5.26.3 init執行過程
在內核引導結束并啟動init之后，系統就轉入用戶態的運行，在這之后創建的一切進程，都是在用戶態進行。這里先要清楚一個概念：就是init進程雖然是從內核開始的，即在前面所講的init/main.c中的init()函數在啟動后就已經是一個核心線程，但在轉到執行init程序（如 /sbin/init）之后，內核中的init()就變成了/sbin/init程序，狀態也轉變成了用戶態，也就是說核心線程變成了一個普通的進程。這樣一來，內核中的init函數實際上只是用戶態init進程的入口，它在執行execve(/sbin/init,argv_init, envp_init)時改變成為一個普通的用戶進程。這也就是exec函數的乾坤大挪移法，在exec函數調用其他程序時，當前進程被其他進程“靈魂附體”。
除此之外，它們的代碼來源也有差別，內核中的init()函數的源代碼在/init/main.c中，是內核的一部分。而/sbin/init程序的源代碼是應用程序。
init程序啟動之后，要完成以下任務：檢查文件系統，啟動各種后臺服務進程，最后為每個終端和虛擬控制臺啟動一個getty進程供用戶登錄。由于所有其它用戶進程都是由init派生的，因此它又是其它一切用戶進程的父進程。
init進程啟動后，按照/etc/inittab的內容進程系統設置。很多嵌入式系統用的是BusyBox的init，它與一般所使用的init不一樣，會先執行/etc/init.d/rcS而非/etc/rc.d/rc.sysinit。
小結：
本想多整理一些相關資料，無奈又要開始新項目的奔波，start_kernel()函數也剛好差不多講完了，分析的不是很深入，希望對嵌入式Linux移植的網友們有一些幫助。最后列舉下面幾處未整理的知識點，有興趣的網友可作進一步探討。
text.init和data.init說明
__init標示符在gcc編譯器中指定將該函數置于內核的特定區域。在內核完成自身初始化之后，就試圖釋放這個特定區域。實際上，內核中存在兩個這樣的區域，.text.init和.data.initDD第一個是代碼初始化使用的，另外一個是數據初始化使用的。另外也可以看到 __initfunc和__initdata標志，前者和__init類似，標志初始化專用代碼，后者則標志初始化專用數據。
System.map內核符號表
irq的處理過程
Linux內核調度過程本文引用地址：http://www.104case.com/article/149812.htm linux操作系統文章專題:linux操作系統詳解（linux不再難懂）
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