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Linux内核启动地址  

2009-10-31 11:53:59|  分类: linux内核 |  标签: |举报 |字号 订阅

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内核编译链接过程是依靠vmlinux.lds文件,以arm为例vmlinux.lds文件位于kernel/arch/arm/vmlinux.lds,

但是该文件是由vmlinux-armv.lds.in生成的,根据编译选项的不同源文件还可以是vmlinux-armo.lds.in,

vmlinux-armv-xip.lds.in。

vmlinux-armv.lds的生成过程在kernel/arch/arm/Makefile中

LDSCRIPT = arch/arm/vmlinux-armv.lds.in

arch/arm/vmlinux.lds: arch/arm/Makefile $(LDSCRIPT) \

$(wildcard include/config/cpu/32.h) \

$(wildcard include/config/cpu/26.h) \

$(wildcard include/config/arch/*.h)

@echo '' Generating $@''

@sed ''s/TEXTADDR/$(TEXTADDR)/;s/DATAADDR/$(DATAADDR)/'' $(LDSCRIPT) >$@

vmlinux-armv.lds.in文件的内容:

OUTPUT_ARCH(arm)

ENTRY(stext)

SECTIONS

{

. = TEXTADDR;

.init : { /* Init code and data */

_stext = .;

__init_begin = .;

*(.text.init)

__proc_info_begin = .;

*(.proc.info)

__proc_info_end = .;

__arch_info_begin = .;

*(.arch.info)

__arch_info_end = .;

__tagtable_begin = .;

*(.taglist)

__tagtable_end = .;

*(.data.init)

. = ALIGN(16);

__setup_start = .;

*(.setup.init)

__setup_end = .;

__initcall_start = .;

*(.initcall.init)

__initcall_end = .;

. = ALIGN(4096);

__init_end = .;

}

其中TEXTADDR就是内核启动的虚拟地址,定义在kernel/arch/arm/Makefile中:

ifeq ($(CONFIG_CPU_32),y)

PROCESSOR = armv

TEXTADDR = 0xC0008000

LDSCRIPT = arch/arm/vmlinux-armv.lds.in

endif

需要注意的是这里是虚拟地址而不是物理地址。

一般情况下都在生成vmlinux后,再对内核进行压缩成为zImage,压缩的目录是kernel/arch/arm/boot。

下载到flash中的是压缩后的zImage文件,zImage是由压缩后的vmlinux和解压缩程序组成,如下图所示:

|-----------------|\ |-----------------|

| | \ | |

| | \ | decompress code |

| vmlinux | \ |-----------------| zImage

| | \| |

| | | |

| | | |

| | | |

| | /|-----------------|

| | /

| | /

| | /

|-----------------|/

zImage链接脚本也叫做vmlinux.lds,位于kernel/arch/arm/boot/compressed。

是由同一目录下的vmlinux.lds.in文件生成的,内容如下:

OUTPUT_ARCH(arm)

ENTRY(_start)

SECTIONS

{

. = LOAD_ADDR;

_load_addr = .;

. = TEXT_START;

_text = .;

.text : {

_start = .;

其中LOAD_ADDR就是zImage中解压缩代码的ram偏移地址,TEXT_START是内核ram启动的偏移地址,这个地址是物理地址。

在kernel/arch/arm/boot/Makefile文件中定义了:

ZTEXTADDR =0

ZRELADDR = 0xa0008000

ZTEXTADDR就是解压缩代码的ram偏移地址,ZRELADDR是内核ram启动的偏移地址,这里看到指定ZTEXTADDR的地址为0,

明显是不正确的,因为我的平台上的ram起始地址是0xa0000000,在Makefile文件中看到了对该地址设置的几行注释:

# We now have a PIC decompressor implementation. Decompressors running

# from RAM should not define ZTEXTADDR. Decompressors running directly

# from ROM or Flash must define ZTEXTADDR (preferably via the config)

他的意识是如果是在ram中进行解压缩时,不用指定它在ram中的运行地址,如果是在flash中就必须指定他的地址。所以

这里将ZTEXTADDR指定为0,也就是没有真正指定地址。

在kernel/arch/arm/boot/compressed/Makefile文件有一行脚本:

SEDFLAGS = s/TEXT_START/$(ZTEXTADDR)/;s/LOAD_ADDR/$(ZRELADDR)/;s/BSS_START/$(ZBSSADDR)/

使得TEXT_START = ZTEXTADDR,LOAD_ADDR = ZRELADDR。

这样vmlinux.lds的生成过程如下:

vmlinux.lds: vmlinux.lds.in Makefile $(TOPDIR)/arch/$(ARCH)/boot/Makefile $(TOPDIR)/.config

@sed ”$(SEDFLAGS)” < vmlinux.lds.in > $@

以上就是我对内核启动地址的分析,总结一下内核启动地址的设置:

1、设置kernel/arch/arm/Makefile文件中的

TEXTADDR = 0xC0008000

内核启动的虚拟地址

2、设置kernel/arch/arm/boot/Makefile文件中的

ZRELADDR = 0xa0008000

内核启动的物理地址

如果需要从flash中启动还需要设置

ZTEXTADDR地址。

转载自:http://www.eetop.cn/blog/?11145/action_viewspace_itemid_571.html

内核压缩和解压缩代码都在目录kernel/arch/arm/boot/compressed,

编译完成后将产生vmlinux、head.o、misc.o、head-xscale.o、piggy.o这几个文件,

head.o是内核的头部文件,负责初始设置;

misc.o将主要负责内核的解压工作,它在head.o之后;

head-xscale.o文件主要针对Xscale的初始化,将在链接时与head.o合并;

piggy.o是一个中间文件,其实是一个压缩的内核(kernel/vmlinux),只不过没有和初始化文件及解压文件链接而已;

vmlinux是(没有--lw:zImage是压缩过的内核)压缩过的内核,就是由piggy.o、head.o、misc.o、head-xscale.o组成的。

在BootLoader完成系统的引导以后并将Linux内核调入内存之后,调用bootLinux(),

这个函数将跳转到kernel的起始位置。如果kernel没有压缩,就可以启动了。

如果kernel压缩过,则要进行解压,在压缩过的kernel头部有解压程序。

压缩过得kernel入口第一个文件源码位置在arch/arm/boot/compressed/head.S。

它将调用函数decompress_kernel(),这个函数在文件arch/arm/boot/compressed/misc.c中,

decompress_kernel()又调用proc_decomp_setup(),arch_decomp_setup()进行设置,

然后使用在打印出信息“Uncompressing Linux...”后,调用gunzip()。将内核放于指定的位置。

以下分析head.S文件:

(1)对于各种Arm CPU的DEBUG输出设定,通过定义宏来统一操作。

(2)设置kernel开始和结束地址,保存architecture ID。

(3)如果在ARM2以上的CPU中,用的是普通用户模式,则升到超级用户模式,然后关中断。

(4)分析LC0结构delta offset,判断是否需要重载内核地址(r0存入偏移量,判断r0是否为零)。

这里是否需要重载内核地址,我以为主要分析arch/arm/boot/Makefile、arch/arm/boot/compressed/Makefile

和arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds.in三个文件,主要看vmlinux.lds.in链接文件的主要段的位置,

LOAD_ADDR(_load_addr)=0xA0008000,而对于TEXT_START(_text、_start)的位置只设为0,BSS_START(__bss_start)=ALIGN(4)。

对于这样的结果依赖于,对内核解压的运行方式,也就是说,内核解压前是在内存(RAM)中还是在FLASH上,

因为这里,我们的BOOTLOADER将压缩内核(zImage)移到了RAM的0xA0008000位置,我们的压缩内核是在内存(RAM)从0xA0008000地址开始顺序排列,

因此我们的r0获得的偏移量是载入地址(0xA0008000)。接下来的工作是要把内核镜像的相对地址转化为内存的物理地址,即重载内核地址。

(5)需要重载内核地址,将r0的偏移量加到BSS region和GOT table中。

(6)清空bss堆栈空间r2-r3。

(7)建立C程序运行需要的缓存,并赋于64K的栈空间。

(8)这时r2是缓存的结束地址,r4是kernel的最后执行地址,r5是kernel境象文件的开始地址。检查是否地址有冲突。

将r5等于r2,使decompress后的kernel地址就在64K的栈之后。

(9)调用文件misc.c的函数decompress_kernel(),解压内核于缓存结束的地方(r2地址之后)。此时各寄存器值有如下变化:

r0为解压后kernel的大小

r4为kernel执行时的地址

r5为解压后kernel的起始地址

r6为CPU类型值(processor ID)

r7为系统类型值(architecture ID)

(10)将reloc_start代码拷贝之kernel之后(r5+r0之后),首先清除缓存,而后执行reloc_start。

(11)reloc_start将r5开始的kernel重载于r4地址处。

(12)清除cache内容,关闭cache,将r7中architecture ID赋于r1,执行r4开始的kernel代码。

下面简单介绍一下解压缩过程,也就是函数decompress_kernel实现的功能:

解压缩代码位于kernel/lib/inflate.c,inflate.c是从gzip源程序中分离出来的。包含了一些对全局数据的直接引用。

在使用时需要直接嵌入到代码中。gzip压缩文件时总是在前32K字节的范围内寻找重复的字符串进行编码,

在解压时需要一个至少为32K字节的解压缓冲区,它定义为window[WSIZE]。inflate.c使用get_byte()读取输入文件,

它被定义成宏来提高效率。输入缓冲区指针必须定义为inptr,inflate.c中对之有减量操作。inflate.c调用flush_window()

来输出window缓冲区中的解压出的字节串,每次输出长度用outcnt变量表示。在flush_window()中,还必

须对输出字节串计算CRC并且刷新crc变量。在调用gunzip()开始解压之前,调用makecrc()初始化CRC计算表。

最后gunzip()返回0表示解压成功。

我们在内核启动的开始都会看到这样的输出:

Uncompressing Linux...done, booting the kernel.

这也是由decompress_kernel函数内部输出的,它调用了puts()输出字符串,

puts是在kernel/include/asm-arm/arch-pxa/uncompress.h中实现的。

执行完解压过程,再返回到head.S中,启动内核:

call_kernel: bl cache_clean_flush

bl cache_off

mov r0, #0

mov r1, r7 @ restore architecture number

mov pc, r4 @ call kernel

下面就开始真正的内核了。

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