ARM-linux启动的流程

ARM-linux启动的流程

首先，porting linux的时候要规划内存影像，如小弟的系统有64m SDRAM,
地址从0x 0800 0000 -0x0bff ffff,32m flash,地址从0x0c00 0000-0x0dff ffff.
规划如下：bootloader, linux kernel, rootdisk放在flash里。
具体从 0x0c00 0000开始的第一个1M放bootloader，
0x0c10 0000开始的2m放linux kernel,从 0x0c30 0000开始都给rootdisk。
启动：
首先，启动后arm920T将地址0x0c00 0000映射到0（可通过跳线设置），
实际上从0x0c00 0000启动，进入我们的bootloader，但由于flash速度慢，
所以bootloader前面有一小段程序把bootloader拷贝到SDRAM 中的0x0AFE0100，
再从0x 0800 0000 运行bootloader，我们叫这段小程序为flashloader,
flashloader必须要首先初始化SDRAM,不然往那放那些东东：

.equ SOURCE, 0x0C000100 bootloader的存放地址
.equ TARGET, 0x0AFE0100 目标地址
.equ SDCTL0, 0x221000 SDRAM控制器寄存器
// size is stored in location 0x0C0000FC
.global _start
_start: //入口点
//;***************************************
//;* Init SDRAM
//;***************************************

// ***************
// * SDRAM
// ***************
LDR r1, =SDCTL0 //
// Set Precharge Command
LDR r3, =0x92120200
//ldr r3,=0x92120251
STR r3, [r1]
// Issue Precharge All Commad
LDR r3, =0x8200000
LDR r2, [r3]
// Set AutoRefresh Command
LDR r3, =0xA2120200
STR r3, [r1]
// Issue AutoRefresh Command
LDR r3, =0x8000000
LDR r2, [r3]
LDR r2, [r3]
LDR r2, [r3]
LDR r2, [r3]
LDR r2, [r3]
LDR r2, [r3]
LDR r2, [r3]
LDR r2, [r3]
// Set Mode Register
LDR r3, =0xB2120200
STR r3, [r1]
// Issue Mode Register Command
LDR r3, =0x08111800 //; Mode Register value
LDR r2, [r3]
// Set Normal Mode
LDR r3, =0x82124200
STR r3, [r1]
//;***************************************
//;* End of SDRAM and SyncFlash Init *
//;***************************************

// copy code from FLASH to SRAM
_CopyCodes:
ldr r0,=SOURCE
ldr r1,=TARGET
sub r3,r0,#4
ldr r2,[r3]
_CopyLoop:
ldr r3,[r0]
str r3,[r1]
add r0,r0,#4
add r1,r1,#4
sub r2,r2,#4
teq r2,#0
beq _EndCopy
b _CopyLoop
_EndCopy:
ldr r0,=TARGET
mov pc,r0

上回书说到flashloader把bootloader load到0x0AFE0100， 然回跳了过去，
其实0x0AFE0100 就是烧在flash 0x0C000100中的真正的bootloader:
bootloader 有几个文件组成，先是START.s，也是唯一的一个汇编程序，其余的都是C写成的，START.s主要初始化堆栈：
_start:
ldr r1,=StackInit
ldr sp,[r1]
b main
//此处我们跳到了C代码的main函数，当C代码执行完后，还要调用
//下面的JumpToKernel0x跳到LINXU kernel运行

.equ StackInitvalue, __end_data+0x1000 // 4K __end_data在连结脚本中指定
StackInit:
.long StackInitvalue
.global JumpToKernel
JumpToKernel:
// jump to the copy code (get the arguments right)
mov pc, r0
.global JumpToKernel0x
// r0 = jump address
// r1-r4 = arguments to use (these get shifted)
JumpToKernel0x:
// jump to the copy code (get the arguments right)
mov r8, r0
mov r0, r1
mov r1, r2
mov r2, r3
mov r3, r4
mov pc, r8
.section ".data.boot"
.section ".bss.boot"
下面让我们看看bootloader的c代码干了些什么。main函数比较长，让我们分段慢慢看。
int main()
{
U32 *pSource, *pDestin, count;
U8 countDown, bootOption;
U32 delayCount;
U32 fileSize, i;
char c;
char *pCmdLine;
char *pMem;
init(); //初始化FLASH控制器和CPU时钟
EUARTinit(); //串口初始化
EUARTputString("/n/nDBMX1 Linux Bootloader ver 0.2.0/n");
EUARTputString("Copyright (C) 2002 Motorola Ltd./n/n");
EUARTputString((U8 *)cmdLine);
EUARTputString("/n/n");
EUARTputString("Press any key for alternate boot-up options ... ");

小弟的bootloader主要干这么几件事:init(); 初始化硬件，打印一些信息和提供一些操作选项：
0. Program bootloader image
1. Program kernel image
2. Program root-disk image
3. Download kernel and boot from RAM
4. Download kernel and boot with ver 0.1.x bootloader format
5. Boot a ver0.1.x kernel
6. Boot with a different command line
也就是说，可以在bootloader里选择重新下载kernel,rootdisk并写入flash,
下载的方法是用usb连接，10m的rootdisk也就刷的一下。关于usb下载的讨论请参看先前的贴子“为arm开发平台增加usb下载接口“。
如果不选，直接回车，就开始把整个linux的内核拷贝到SDRAM中运行。
列位看官，可能有人要问，在flashloader中不是已经初始化过sdram控制器了吗？怎么init(); 中还要初始化呢，各位有所不知，小弟用的是syncflash，
可以直接使用sdram控制器的接口，切记：在flash中运行的代码是不能初始化连接flash的sdram控制器的，不然绝对死掉了。所以，当程序在flash中运行的时候，去初始化sdram,而现在在sdram中运行，可放心大胆地初始化flash了，主要是设定字宽，行列延时，因为缺省都是最大的。
另外，如果列位看官的cpu有足够的片内ram，完全可以先把bootloader放在片内ram，干完一切后再跳到LINUX，小弟着也是不得已而为之啊。

如果直接输入回车，进入kernel拷贝工作：

EUARTputString("Copying kernel from Flash to RAM .../n");
count = 0x200000; // 2 Mbytes
pSource = (U32 *)0x0C100000;
pDestin = (U32 *)0x08008000;
do
{
*(pDestin++) = *(pSource++);
count -= 4;
} while (count > 0);
}
EUARTputString("Booting kernel .../n/n");
这一段没有什么可说的，运行完后kernel就在0x08008000了，至于为什么要
空出0x8000的一段，主要是放kelnel的一些全局数据结构，如内核页表，arm的页目录要有16k大。
我们知道，linux内核启动的时候可以传入参数，如在PC上，如果使用LILO,
当出现LILO：，我们可以输入root=/dev/hda1.或mem=128M等指定文件系统的设备或内存大小，在嵌入式系统上，参数的传入是要靠bootloader完成的，
pMem = (char *)0x083FF000; //参数字符串的目标存放地址
pCmdLine = (char *)&cmdLine; //定义的静态字符串
while ((*(pMem++)=*(pCmdLine++)) != 0);//拷贝
JumpToKernel((void *)0x8008000, 0x083FF000) //跳转到内核
return (0);
JumpToKernel在前文中的start.S定义过：
JumpToKernel:
// jump to the copy code (get the arguments right)
mov pc, r0
.global JumpToKernel0x
// r0 = jump address
// r1 = arguments to use (these get shifted)
由于arm-GCC的c参数调用的顺序是从左到右R0开始，所以R0是KERNKEL的地址，
r1是参数字符串的地址：

到此为止，为linux引导做的准备工作就结束了，下一回我们就正式进入linux的代码。

好，从本节开始，我们走过了bootloader的漫长征途，开始进入linux的内核：
说实话，linux宝典的确高深莫测，洋人花了十几年修炼，各种内功心法层处不穷。有些地方反复推敲也领悟不了其中奥妙，炼不到第九重啊。。
linux的入口是一段汇编代码，用于基本的硬件设置和建立临时页表，对于
ARM LINUX是 linux/arch/arm/kernle/head-armv.S, 走！
#if defined(CONFIG_MX1)
mov r1, #MACH_TYPE_MX1
#endif
这第一句话好像就让人看不懂，好像葵花宝典开头的八个字：欲练神功。。。。
那来的MACH_TYPE_MX1？其实，在head-armv.S
中的一项重要工作就是设置内核的临时页表，不然mmu开起来也玩不转，但是内核怎么知道如何映射内存呢？linux的内核将映射到虚地址0xCxxx xxxx处，但他怎么知道把哪一片ram映射过去呢？
因为不通的系统有不通的内存影像，所以，LINUX约定，内核代码开始的时候，
R1放的是系统目标平台的代号，对于一些常见的，标准的平台，内核已经提供了支持，只要在编译的时候选中就行了，例如对X86平台，内核是从物理地址1M开始映射的。如果老兄是自己攒的平台，只好麻烦你自己写了。
小弟拿人钱财，与人消灾，用的是摩托的MX1,只好自己写了，定义了#MACH_TYPE_MX1，当然，还要写一个描述平台的数据结构：
MACHINE_START(MX1ADS, "Motorola MX1ADS")
MAINTAINER("SPS Motorola")
BOOT_MEM(0x08000000, 0x00200000, 0xf0200000)
FIXUP(mx1ads_fixup)
MAPIO(mx1ads_map_io)
INITIRQ(mx1ads_init_irq)
MACHINE_END
看起来怪怪的，但现在大家只要知道他定义了基本的内存映象：RAM从0x08000000开始，i/o空间从0x00200000开始，i/o空间映射到虚拟地址空间
0xf0200000开始处。摩托的芯片i/o和内存是统一编址的。
其他的项，在下面的初始化过程中会逐个介绍到。



开机过程制的是从打开计算机电源直到LINUX显示用户登录画面的全过程。分析LINUX开机过程也是深入了解LINUX核心工作原理的一个很好的途径。在不同的计算机平台上，LINUX的开机过程稍有不同，本节以X386微机系统为例，介绍LINUX的开机过程。
1。开机自检

在刚开机时，根据X386CUP的特性，代码段（CS，CODE SEGMENT）寄存器的值为全1，指令计数器（IP,INSTRUCTION POINTER）的值为全0，既CS=FFFF、IP=0000。这时CPU根据CS和IP 的值执行FFFF0H处的指令。由于FFFF0H已经到了基本内存的高地址顶端，所以，FFFF0H处的指令一般总是一个JMP指令，以便CPU能够跳到比较低的地址去执行那里的代码，这个地址通常是ROM BIOS 的入口地址。接着，ROM BIOS 进行开机自检，如检查内存，键盘等。在自检过程中，ROM BIOS会在上位内存（UMB，UPPERMEMORY BLOCK）中进行扫描，看看是否存在合法的设备控制卡ROM BIOS（如:SCSI卡上的ROM），如果有，就执行其中的一些初始化代码。最后，ROM BIOS 读取磁盘上的第一个扇区并将这个扇区的内存装入内存。

2。预引导

假定硬盘是系统的启动磁盘。硬盘的第一扇区称为主引导记录（MBR， MASTER BOOTRECORD）。MBR 的长度为512字节。可分为两部分：第一部分为引导（PRE-BOOT）区，占了446个字节；第二部分为分区表（PARTITION PABLE），共有66个字节，记录硬盘的分区信息。预引导区的作用之一是找到标记为活动（ACTIVE）的分区，并将活动分区的引导区读入内存。

如果用软盘启动计算机，ROM BIOS 读入的是软盘的引导区，既软盘的第一个扇区。

3。核心映像装入

在LINUX系统中，人们通常把LILO（LINUX LOADER）放在MBR或某个分区的超级块（SUPERBLOCK）中。假定LILO在MBR中，读取MBR后，LILO就会被首先执行。此时，屏幕上出现“BOOT：”字样，接下来的工作是装入LINUX核心映像。如果LILO安装在某个分区的超级块中，通常还会有一个管理开机的程序，这个管理开机的程序负责读取LILO，进而进行核心映像的装入工作。

4。核心启动

核心装入完毕后，CPU的控制权就交给了核心启动代码。此时，核心首先进行硬件的检测和设备驱动程序的初始化，然后运行INIT。INIT 是LINUX核心启动的第一个用户进程，其进程号为1，是系统其它用户进程的祖先。

5。系统初始化

INIT进程负责进行一系列系统初始化程序和脚本文件，/ETC/INITTAB中包含了INIT所做的所有工作。

6。等待用户登录

系统初始化完毕后，INIT 切换到多用户模式，并为每一个虚拟控制台和川行终端启动一个GETTY进程。GETTY进程负责接受和检验用户的登录要求。

至此，LINUX系统的启动工作全部完成。不同核心版本的LINUX 的启动过程有一定的差异，不同发行版本的LINUX 的启动也可能稍有不同，但基本过程是类似的。另外，在“BOOT：”后，利用“LINUX SINGLE”命令可以迫使LINUX进入单用户模式，除不要求用户登录和不启动虚拟终端以外，启动过程的其它部分也基本类似。

[[i] 本帖最后由 leicht 于 2006-8-3 21:43 编辑 [/i]]