uclinux启动过程详细分析

Ber_thaw99

9 G# w& \$ L: h5 p8 c5 p
+ G+ E: S* R, Y4 }. suclinux表示micro-control linux.即“微控制器领域中的Linux系统”，是Lineo公司的主打产品，同时也是开放源码的嵌入式Linux的典范之作。uCLinux主要是针对目标处理器没有存储管理单元MMU(Memory Management Unit)的嵌入式系统而设计的。它已经被成功地移植到了很多平台上。由于没有MMU，其多任务的实现需要一定技巧。
$ [7 s; _& w+ z8 d% K

& X+ Y& X0 [% KuClinux启动过程

uCinux的启动主要经历三个阶段。首先，必须完成CPU和存储器的硬件初始化，在系统RAM中建立程序堆栈和数据段，建立程序的运行时的环境。初始化完成之后，uClinux内核就取得了CPU的控制权，开始操作系统自身的初始化，这包括建立RAM中断矢量表、加载设备驱动程序、内存管理模块等等。这一切完成后，uClinux启动一个最初的init线程，进入到第三阶段，这时内核已经正常运行，外围模块也都就绪，开始执行一些脚本文件(如/etc/rc脚本文件)。
/ |3 e% {. F( v3 G0 x7 [" B5 `; ]
! }3 ?. J, b, B5 |, a一.kernel代码段之前的系统初始化
4 x. Z2 ]) ]1 W6 m6 t
5 m" n# u4 F  R( w# X' e6 v# |: G8 W6 U1. uClinux-dist/linux-2.4.x/arch/ARMnommu/boot/compressed/head.S

开发板从上电开始，最开始执行的程序放在uClinux-dist/linux-2.4.x/arch/armnommu/boot/compressed/head.S中。

(1) 切换模式，关闭中断。 (line 96 )

(2) 首先程序要先给SYSCFG，EXTDBWTH，ROMCON0等一系列系统控制寄存器赋值，此时flash地址在 0X0，DRAM地址在0X1000000.(line 141 )
# q9 W- d- m& ?6 s+ B3 d/ g; N- d
) F4 s5 U  |* {$ G(3) 点亮I/O口的指示灯。 (line 152 )
) I: |, N; E) T1 C+ F
(4) 把在flash上的image复制到DRAM上。(line 161 )

(5) 执行remap，把flash地址映射为0X1000000，DRAM地址映射为0.(line 172 )
' y$ v& A- ^' B, v+ v; W
* ~2 I5 Z: b+ |! A0 f+ n5 V(6) 打开cache和write buffer.(line 196 )

" Q6 n/ C6 @- |# y(7) 设置好64K堆栈。(line 204 )
4 n0 k  K7 s8 e
: E3 L' G6 {" d  |/ s(8) 跳转到decompress_kernel函数(line 217 )，此处的跳转为带返回的跳转，以便于执行完此函数跳转回来。
; K+ j5 {3 ]( b$ a( Q# N
2. uClinux-dist/linux-2.4.x/arch/armnommu/boot/compressed/misc.c
1 w* H# ~- p6 G9 ?5 [% _- _
此时的函数decompress_kernel是用C语言写的，line 297 。
. \% H& R, Z1 X7 X5 L
(1) makecrc();进行crc校验。

(2) puts(“Uncompressing Linux.。.”); 输出linux起动后的第一句话。
/ b/ [5 ?- K9 O7 I" J5 X
(3) gunzip();解压缩kernel.
: ?. B% V2 |! Q: p0 \9 r) ~
5 D. {% Q! L! X3 y# Q(4) puts(“ done， booTIng the kernel./n”);

3. uClinux-dist/linux-2.4.x/arch/armnommu/boot/compressed/head.S
0 ?, f. C; A) P. W0 F
执行完decompress_kernel函数后，kernel又跳转回head.S中，因为此时我们还要检验解压缩之后的kernel起始地址是否紧接着kernel image，如果是，beq call_kernel(line 220)，执行解压后的kernel.

如果解压缩之后的kernel起始地址不是紧接着kernel image，执行relocate(line 236)，将其拷贝到紧接着kernel image的地方，然后跳转，执行解压后的kernel.

二.kernel执行
: U9 c& Z# W) w" e  H1 C1 i: o8 W
1.uClinux-dist/linux-2.4.x/init/main.c中的start_kernel() (line 352)

7 [! i$ C: O/ _, P& ~4 ]+ S9 r系统启动过程到此，转入体系结构无关的通用C代码中，start_kernel() 中调用了一系列初始化函数，以完成kernel本身的设置。这些动作有的是公共的，有的则是需要配置的才会执行的。

0 B& N7 R$ \5 F0 P. ~(1) 输出Linux版本信息(printk(linux_banner))

(2) 设置与体系结构相关的环境(setup_arch())
5 i6 k) O0 f3 j5 t5 Y1 L
(3) parse_opTIons(command_line);解析command_line，将其转化为环境变量。

(4) 初始化系统IRQ(init_IRQ())
* @  l- c) \; ^) r
(5) 核心进程调度器初始化(sched_init())
5 l* \6 e# D' A4 g! U! `* f
5 R7 r7 X/ I4 g5 b8 ~2 J4 K(6) 软中段初始化sofTIrq_init();

(7) 时间、定时器初始化(包括估测主频、初始化定时器中断等，TIme_init())
/ L0 @0 C9 z* P$ _# ~# C4 i
(8) 控制台初始化console_init();

" e& V; |5 g# `* W(9) 核心CACHE初始化kmem_cache_init();
3 E& M$ d, N+ j1 a
(10)延迟校准calibrate_delay();

; f2 v7 n1 U  D( B: D+ a$ `6 L' z(11)内存初始化(设置内存上下界和页表项初始值，mem_init())

(12)文件，目录，块设备读写缓冲区初始化

(13)检查体系结构漏洞(check_bugs())

1 |1 C$ u/ I9 u(14)启动init过程(创建第一个核心线程，调用init()函数，原执行序列调用cpu_idle() 等待调度，init())
" o5 I' ^6 M) g( O) K3 {$ }
$ i0 j0 G: X+ Y. X! e( `9 G8 R至此start_kernel()结束，基本的核心环境已经建立起来了。
( k/ z: ]" s# L1 j: N0 R
2.uClinux-dist/linux-2.4.x/init/main.c中的init() (line 548)
2 _6 g9 }1 @' t! r8 s* C# @& D: C: E
: O) \. D2 F: p' x( q, a现在我们进入内核引导第二部分，init()函数作为核心线程，首先锁定内核(仅对SMP机器有效，我们为空函数)，然后调用 do_basic_setup() (line 551)完成外设及其驱动程序的加载初始化。
: ~% r  e; I- H2 F
过程如下：

2 C& G# q& ^% |* a* 网络初始化(初始化网络数据结构，包括sk_init()、skb_init()和proto_init()三部分，在proto_init()中，将调用protocols结构中包含的所有协议的初始化过程，sock_init())

* 创建事件管理核心线程(start_context_thread()函数，这是系统创建的第二个内核线程，名叫“keventd”。其代码context_thread()也在kernel/context.c中，)

) h4 G: I+ D$ B8 u9 \启动任何使用__initcall标识的函数(方便核心开发者添加启动函数，此时由do_initcalls()函数启动)。
1 i: g2 x* ^# q+ |
此时系统开始加载外部设备的初始化程序，如：在linux-2.4.x/driver/block/genhd.c中的device_init()函数，在genhd.c中由__initcall(device_init)标识在此时调用，device_init()函数是所有外部设备初始化的总入口，包括了块设备的初始化blk_dev_init，网络设备的初始化net_dev_init()和atmdev_init()等。
' V) X+ x/ \0 s" d" n4 D
至此do_basic_setup()函数返回init()，在释放启动内存段(free_initmem())并给内核解锁以后，init()打开/dev/console设备，重定向stdin、stdout和stderr到控制台，最后，搜索文件系统中的init程序(或者由init=命令行参数指定的程序)，并使用 execve()系统调用加载执行init程序。(line 576) 。
- O" D2 j$ b4 d- l1 `
/ P& I# Q' i: [) uinit()函数到此结束，内核的引导部分也到此结束了，
' }( J( Y! H2 |
3 P% Z0 u& Z' x6 y- U& f& S3. uClinux-dist/linux-2.4.x/init/main.c中的execve(“/etc/init”，argv_init，envp_init); (line 579)
( A" e) g- S  l' E8 x
init进程是系统所有进程的起点，内核在完成核内引导以后，即在本线程(进程)空间内加载init程序，它的进程号是1。

4 R. i1 ?" ~, F5 a) {init程序需要读取/vendors/SAMSUNG/4510B/inittab文件作为其行为指针，然后执行。