Linux的啟動代碼真的挺大，從匯編到C，從Makefile到LDS文件，需要理解的東西很多。畢竟Linux內(nèi)核是由很多人，花費了巨大的時間和精力寫出來的。而且直到現(xiàn)在，這個世界上仍然有成千上萬的程序員在不斷完善Linux內(nèi)核的代碼。

　　Linux內(nèi)核啟動及文件系統(tǒng)加載過程

　　當u-boot開始執(zhí)行bootcmd命令，就進入Linux內(nèi)核啟動階段，與u-boot類似，普通Linux內(nèi)核的啟動過程也可以分為兩個階段，但針對壓縮了的內(nèi)核如uImage就要包括內(nèi)核自解壓過程了。本文以linux-2.6.37版源碼為例分三個階段來描述內(nèi)核啟動全過程。第一階段為內(nèi)核自解壓過程，第二階段主要工作是設(shè)置ARM處理器工作模式、使能MMU、設(shè)置一級頁表等，而第三階段則主要為C代碼，包括內(nèi)核初始化的全部工作

　　Linux內(nèi)核啟動流程

　　arch/arm/kernel/head-armv.S

　　該文件是內(nèi)核最先執(zhí)行的一個文件，包括內(nèi)核入口ENTRY（stext）到start_kernel間的初始化代碼，

　　主要作用是檢查CPU ID， Architecture Type，初始化BSS等操作，并跳到start_kernel函數(shù)。在執(zhí)行前，處理器應(yīng)滿足以下狀態(tài)：

　　r0 - should be 0

　　r1 - unique architecture number

　　MMU - off

　　I-cache - on or off

　　D-cache – off

　　1 /* 部分源代碼分析 */

　　2 /* 內(nèi)核入口點 */

　　3 ENTRY（stext）

　　4 /* 程序狀態(tài)，禁止FIQ、IRQ，設(shè)定SVC模式 */

　　5 mov r0， #F_BIT | I_BIT | MODE_SVC@ make sure svc mode

　　6 /* 置當前程序狀態(tài)寄存器 */

　　7 msr cpsr_c， r0 @ and all irqs disabled

　　8 /* 判斷CPU類型，查找運行的CPU ID值與Linux編譯支持的ID值是否支持 */

　　9 bl __lookup_processor_type

　　10 /* 跳到__error */

　　11 teq r10， #0 @ invalid processor？

　　12 moveq r0， #‘p’ @ yes， error ‘p’

　　13 beq __error

　　14 /* 判斷體系類型，查看R1寄存器的Architecture Type值是否支持 */

　　15 bl __lookup_architecture_type

　　16 /* 不支持，跳到出錯 */

　　17 teq r7， #0 @ invalid architecture？

　　18 moveq r0， #‘a(chǎn)’ @ yes， error ‘a(chǎn)’

　　19 beq __error

　　20 /* 創(chuàng)建核心頁表 */

　　21 bl __create_page_tables

　　22 adr lr， __ret @ return address

　　23 add pc， r10， #12 @ initialise processor

　　24 /* 跳轉(zhuǎn)到start_kernel函數(shù) */

　　25 b start_kernel

　　Linux內(nèi)核啟動第一階段stage1

　　這里所以說的第一階段stage1就是內(nèi)核解壓完成并出現(xiàn)Uncompressing Linux.。.done，booting the kernel.之后的階段。該部分代碼實現(xiàn)在arch/arm/kernel的 head.S中，該文件中的匯編代碼通過查找處理器內(nèi)核類型和機器碼類型調(diào)用相應(yīng)的初始化函數(shù)，再建 立頁表，最后跳轉(zhuǎn)到start_kernel（）函數(shù)開始內(nèi)核的初始化工作。檢測處理器類型是在匯編子函數(shù)__lookup_processor_type中完成的，通過以下代碼可實現(xiàn)對它的調(diào)用：bl__lookup_processor_type（在文件head-commom.S實現(xiàn)）。__lookup_processor_type調(diào)用結(jié)束返回原程序時，會將返回結(jié)果保存到寄存器中。其中r5寄存器返回一個用來描述處理器的結(jié)構(gòu)體地址，并對r5進行判斷，如果r5的值為0則說明不支持這種處理器，將進入__error_p。r8保存了頁表的標志位，r9 保存了處理器的ID 號，r10保存了與處理器相關(guān)的struct proc_info_list結(jié)構(gòu)地址。Head.S核心代碼如下：

　　檢測機器碼類型是在匯編子函數(shù)__lookup_machine_type （同樣在文件head-common.S實現(xiàn)） 中完成的。與__lookup_processor_type類似，通過代碼：“bl __lookup_machine_type”來實現(xiàn)對它的調(diào) 用。該函數(shù)返回時，會將返回結(jié)構(gòu)保存放在r5、r6 和r7三個寄存器中。其中r5寄存器返回一個用來描述機器（也就是開發(fā)板）的結(jié)構(gòu)體地址，并對r5進行判斷，如果r5的值為0則說明不支持這種機器（開發(fā)板），將進入__error_a，打印出內(nèi)核不支持u-boot傳入的機器碼的錯誤如圖2。r6保存了I/O基地址，r7 保存了 I/O的頁表偏移地址。 當檢測處理器類型和機器碼類型結(jié)束后，將調(diào)用__create_page_tables子函數(shù)來建立頁表，它所要做的工作就是將 RAM 基地址開始的1M 空間的物理地址映射到 0xC0000000開始的虛擬地址處。對本項目的開發(fā)板DM3730而言，RAM掛接到物理地址0x80000000處，當調(diào)用__create_page_tables 結(jié)束后 0x80000000 ～ 0x80100000物理地址將映射到 0xC0000000～0xC0100000虛擬地址處。當所有的初始化結(jié)束之后，使用如下代碼來跳到C 程序的入口函數(shù)start_kernel（）處，開始之后的內(nèi)核初始化工作： bSYMBOL_NAME（start_kernel） 。

　　Linux內(nèi)核啟動第二階段stage2

　　從start_kernel函數(shù)開始

　　Linux內(nèi)核啟動的第二階段從start_kernel函數(shù)開始。start_kernel是所有Linux平臺進入系統(tǒng)內(nèi)核初始化后的入口函數(shù)，它主要完成剩余的與 硬件平臺相關(guān)的初始化工作，在進行一系列與內(nèi)核相關(guān)的初始化后，調(diào)用第一個用戶進程－ init 進程并等待用戶進程的執(zhí)行，這樣整個 Linux內(nèi)核便啟動完畢。該函數(shù)位于init/main.c文件中，主要工作流程如圖3所示：

　　該函數(shù)所做的具體工作有 ：

　　1） 調(diào)用setup_arch（）函數(shù)進行與體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的第一個初始化工作；對不同的體系結(jié)構(gòu)來說該函數(shù)有不同的定義。對于ARM平臺而言，該函數(shù)定義在 arch/arm/kernel/setup.c。它首先通過檢測出來的處理器類型進行處理器內(nèi)核的初始化，然后 通過bootmem_init（）函數(shù)根據(jù)系統(tǒng)定義的meminfo結(jié)構(gòu)進行內(nèi)存結(jié)構(gòu)的初始化，最后調(diào)用 paging_init（）開啟MMU，創(chuàng)建內(nèi)核頁表，映射所有的物理內(nèi)存和IO空間。

　　2） 創(chuàng)建異常向量表和初始化中斷處理函數(shù)；

　　3） 初始化系統(tǒng)核心進程調(diào)度器和時鐘中斷處理機制；

　　4） 初始化串口控制臺（console_init）；

　　ARM-Linux 在初始化過程中一般都會初始化一個串口做為內(nèi)核的控制臺，而串口Uart驅(qū)動卻把串口設(shè)備名寫死了，如本例中l(wèi)inux2.6.37串口設(shè)備名為ttyO0，而不是常用的ttyS0。有了控制臺內(nèi)核在啟動過程中就可以通過串口輸出信息以便開發(fā)者或用戶了解系統(tǒng)的啟動進程。

　　5） 創(chuàng)建和初始化系統(tǒng)cache，為各種內(nèi)存調(diào)用機制提供緩存，包括;動態(tài)內(nèi)存分配，虛擬文件系統(tǒng)（VirtualFile System）及頁緩存。

　　6） 初始化內(nèi)存管理，檢測內(nèi)存大小及被內(nèi)核占用的內(nèi)存情況；

　　7） 初始化系統(tǒng)的進程間通信機制（IPC）； 當以上所有的初始化工作結(jié)束后，start_kernel（）函數(shù)會調(diào)用rest_init（）函數(shù)來進行最后的初始化，包括創(chuàng)建系統(tǒng)的第一個進程－init進程來結(jié)束內(nèi)核的啟動。

　　掛載根文件系統(tǒng)并啟動init

　　Linux內(nèi)核啟動的下一過程是啟動第一個進程init，但必須以根文件系統(tǒng)為載體，所以在啟動init之前，還要掛載根文件系統(tǒng)。