uclinux啟動過程詳細分析

uclinux表示micro-control linux.即“微控制器領(lǐng)域中的Linux系統(tǒng)”，是Lineo公司的主打產(chǎn)品，同時也是開放源碼的嵌入式Linux的典范之作。uCLinux主要是針對目標處理器沒有存儲管理單元MMU(Memory Management Unit)的嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計的。它已經(jīng)被成功地移植到了很多平臺上。由于沒有MMU，其多任務(wù)的實現(xiàn)需要一定技巧。

uClinux啟動過程

uCinux的啟動主要經(jīng)歷三個階段。首先，必須完成CPU和存儲器的硬件初始化，在系統(tǒng)RAM中建立程序堆棧和數(shù)據(jù)段，建立程序的運行時的環(huán)境。初始化完成之后，uClinux內(nèi)核就取得了CPU的控制權(quán)，開始操作系統(tǒng)自身的初始化，這包括建立RAM中斷矢量表、加載設(shè)備驅(qū)動程序、內(nèi)存管理模塊等等。這一切完成后，uClinux啟動一個最初的init線程，進入到第三階段，這時內(nèi)核已經(jīng)正常運行，外圍模塊也都就緒，開始執(zhí)行一些腳本文件(如/etc/rc腳本文件)。

一.kernel代碼段之前的系統(tǒng)初始化

1. uClinux-dist/linux-2.4.x/arch/armnommu/boot/compressed/head.S

開發(fā)板從上電開始，最開始執(zhí)行的程序放在uClinux-dist/linux-2.4.x/arch/armnommu/boot/compressed/head.S中。

(1) 切換模式，關(guān)閉中斷。 (line 96 )

(2) 首先程序要先給SYSCFG，EXTDBWTH，ROMCON0等一系列系統(tǒng)控制寄存器賦值，此時flash地址在 0X0，DRAM地址在0X1000000.(line 141 )

(3) 點亮I/O口的指示燈。 (line 152 )

(4) 把在flash上的image復(fù)制到DRAM上。(line 161 )

(5) 執(zhí)行remap，把flash地址映射為0X1000000，DRAM地址映射為0.(line 172 )

(6) 打開cache和write buffer.(line 196 )

(7) 設(shè)置好64K堆棧。(line 204 )

(8) 跳轉(zhuǎn)到decompress_kernel函數(shù)(line 217 )，此處的跳轉(zhuǎn)為帶返回的跳轉(zhuǎn)，以便于執(zhí)行完此函數(shù)跳轉(zhuǎn)回來。

2. uClinux-dist/linux-2.4.x/arch/armnommu/boot/compressed/misc.c

此時的函數(shù)decompress_kernel是用C語言寫的，line 297 。

(1) makecrc();進行crc校驗。

(2) puts(“Uncompressing Linux.。.”); 輸出linux起動后的第一句話。

(3) gunzip();解壓縮kernel.

(4) puts(“ done， booTIng the kernel./n”);

3. uClinux-dist/linux-2.4.x/arch/armnommu/boot/compressed/head.S

執(zhí)行完decompress_kernel函數(shù)后，kernel又跳轉(zhuǎn)回head.S中，因為此時我們還要檢驗解壓縮之后的kernel起始地址是否緊接著kernel image，如果是，beq call_kernel(line 220)，執(zhí)行解壓后的kernel.

如果解壓縮之后的kernel起始地址不是緊接著kernel image，執(zhí)行relocate(line 236)，將其拷貝到緊接著kernel image的地方，然后跳轉(zhuǎn)，執(zhí)行解壓后的kernel.

二.kernel執(zhí)行

1.uClinux-dist/linux-2.4.x/init/main.c中的start_kernel() (line 352)

系統(tǒng)啟動過程到此，轉(zhuǎn)入體系結(jié)構(gòu)無關(guān)的通用C代碼中，start_kernel() 中調(diào)用了一系列初始化函數(shù)，以完成kernel本身的設(shè)置。這些動作有的是公共的，有的則是需要配置的才會執(zhí)行的。

(1) 輸出Linux版本信息(printk(linux_banner))

(2) 設(shè)置與體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的環(huán)境(setup_arch())

(3) parse_opTIons(command_line);解析command_line，將其轉(zhuǎn)化為環(huán)境變量。

(4) 初始化系統(tǒng)IRQ(init_IRQ())

(5) 核心進程調(diào)度器初始化(sched_init())

(6) 軟中段初始化sofTIrq_init();

(7) 時間、定時器初始化(包括估測主頻、初始化定時器中斷等，TIme_init())

(8) 控制臺初始化console_init();

(9) 核心CACHE初始化kmem_cache_init();

(10)延遲校準calibrate_delay();

(11)內(nèi)存初始化(設(shè)置內(nèi)存上下界和頁表項初始值，mem_init())

(12)文件，目錄，塊設(shè)備讀寫緩沖區(qū)初始化

(13)檢查體系結(jié)構(gòu)漏洞(check_bugs())

(14)啟動init過程(創(chuàng)建第一個核心線程，調(diào)用init()函數(shù)，原執(zhí)行序列調(diào)用cpu_idle() 等待調(diào)度，init())

至此start_kernel()結(jié)束，基本的核心環(huán)境已經(jīng)建立起來了。

2.uClinux-dist/linux-2.4.x/init/main.c中的init() (line 548)

現(xiàn)在我們進入內(nèi)核引導(dǎo)第二部分，init()函數(shù)作為核心線程，首先鎖定內(nèi)核(僅對SMP機器有效，我們?yōu)榭蘸瘮?shù))，然后調(diào)用 do_basic_setup() (line 551)完成外設(shè)及其驅(qū)動程序的加載初始化。

過程如下：

* 網(wǎng)絡(luò)初始化(初始化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括sk_init()、skb_init()和proto_init()三部分，在proto_init()中，將調(diào)用protocols結(jié)構(gòu)中包含的所有協(xié)議的初始化過程，sock_init())

* 創(chuàng)建事件管理核心線程(start_context_thread()函數(shù)，這是系統(tǒng)創(chuàng)建的第二個內(nèi)核線程，名叫“keventd”。其代碼context_thread()也在kernel/context.c中，)

啟動任何使用__initcall標識的函數(shù)(方便核心開發(fā)者添加啟動函數(shù)，此時由do_initcalls()函數(shù)啟動)。

此時系統(tǒng)開始加載外部設(shè)備的初始化程序，如：在linux-2.4.x/driver/block/genhd.c中的device_init()函數(shù)，在genhd.c中由__initcall(device_init)標識在此時調(diào)用，device_init()函數(shù)是所有外部設(shè)備初始化的總?cè)肟?，包括了塊設(shè)備的初始化blk_dev_init，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的初始化net_dev_init()和atmdev_init()等。

至此do_basic_setup()函數(shù)返回init()，在釋放啟動內(nèi)存段(free_initmem())并給內(nèi)核解鎖以后，init()打開/dev/console設(shè)備，重定向stdin、stdout和stderr到控制臺，最后，搜索文件系統(tǒng)中的init程序(或者由init=命令行參數(shù)指定的程序)，并使用 execve()系統(tǒng)調(diào)用加載執(zhí)行init程序。(line 576) 。

init()函數(shù)到此結(jié)束，內(nèi)核的引導(dǎo)部分也到此結(jié)束了，

3. uClinux-dist/linux-2.4.x/init/main.c中的execve(“/etc/init”，argv_init，envp_init); (line 579)

init進程是系統(tǒng)所有進程的起點，內(nèi)核在完成核內(nèi)引導(dǎo)以后，即在本線程(進程)空間內(nèi)加載init程序，它的進程號是1。

init程序需要讀取/vendors/SAMSUNG/4510B/inittab文件作為其行為指針，然后執(zhí)行。