ARM linux内核启动时几个关键地址【转】

简介: 转自:http://www.cnblogs.com/armlinux/archive/2011/11/06/2396787.html 1.       内核启动地址1.1.   名词解释ZTEXTADDR 解压代码运行的开始地址。

转自:http://www.cnblogs.com/armlinux/archive/2011/11/06/2396787.html

1.       内核启动地址
1.1.   名词解释
ZTEXTADDR

解压代码运行的开始地址。没有物理地址和虚拟地址之分,因为此时MMU处于关闭状态。这个地址不一定时RAM的地址,可以是支持读写寻址的flash等存储中介。

Start address of decompressor. here's no point in talking about virtual or physical addresses here, since the MMU will be off at the time when you call the decompressor code. You normally call   the kernel at this address to start it booting. This doesn't have to be located in RAM, it can be in flash or other read-only or      read-write addressable medium.

      

ZRELADDR

       内核启动在RAM中的地址。压缩的内核映像被解压到这个地址,然后执行。

This is the address where the decompressed kernel will be written, and eventually executed. The following constraint must be valid:

 

              __virt_to_phys(TEXTADDR) == ZRELADDR

       The initial part of the kernel is carefully coded to be position independent.

 

TEXTADDR

       内核启动的虚拟地址,与ZRELADDR相对应。一般内核启动的虚拟地址为RAM的第一个bank地址加上0x8000。

       TEXTADDR = PAGE_OFFSET + TEXTOFFST

 

       Virtual start address of kernel, normally PAGE_OFFSET + 0x8000.This is where the kernel image ends up. With the latest kernels, it must be located at 32768 bytes into a 128MB region. Previous kernels placed a restriction of 256MB here.

 

TEXTOFFSET

       内核偏移地址。在arch/arm/makefile中设定。

 

PHYS_OFFSET

       RAM第一个bank的物理起始地址。

Physical start address of the first bank of RAM.

 

PAGE_OFFSET

RAM第一个bank的虚拟起始地址。

       Virtual start address of the first bank of RAM. During the kernel

       boot phase, virtual address PAGE_OFFSET will be mapped to physical

       address PHYS_OFFSET, along with any other mappings you supply.

       This should be the same value as TASK_SIZE.

 

1.2.   内核启动地址确定
内核启动引导地址由bootp.lds决定。 Bootp.lds : arch/arm/bootp

OUTPUT_ARCH(arm)

ENTRY(_start)

SECTIONS

{

. = 0;

.text : {

   _stext = .;

   *(.start)

   *(.text)

   initrd_size = initrd_end - initrd_start;

   _etext = .;

}

}

由上 .= 0可以确定解压代码运行的开始地址在0x0的位置。ZTEXTADDR的值决定了这个值得选取。

 

Makefile : arch/arm/boot/compressed

 

如果设定内核从ROM中启动的话,可以在make menuconfig 的配置界面中设置解压代码的起始地址,否则解压代码的起始地址为0x0。实际上,默认从ROM启动时,解压代码的起始地址也是0x0。

 

feq ($(CONFIG_ZBOOT_ROM),y)

ZTEXTADDR := $(CONFIG_ZBOOT_ROM_TEXT)

ZBSSADDR    := $(CONFIG_ZBOOT_ROM_BSS)

else

ZTEXTADDR :=0                                                       ZBSSADDR := ALIGN(4)

endif

 

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

……

$(obj)/vmlinux.lds: $(obj)/vmlinux.lds.in arch/arm/mach-s3c2410/Makefile .config

       @sed "$(SEDFLAGS)" < $< > $@

 

@sed "$(SEDFLAGS)" < $< > $@ 规则将TEXT_START设定为ZTEXTADDR。TEXT_START在arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds.in 中被用来设定解压代码的起始地址。

OUTPUT_ARCH(arm)

ENTRY(_start)

SECTIONS

{

. = TEXT_START;  

_text = .;

 

.text : {

    _start = .;

    *(.start)

    *(.text)

*(.text.*)

……

}

}

 

内核的编译依靠vmlinux.lds,vmlinux.lds由vmlinux.lds.s 生成。从下面代码可以看出内核启动的虚拟地址被设置为PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET,而内核启动的物理地址ZRELADDR在arch/arm/boot/Makefile中设定。

 

OUTPUT_ARCH(arm)

ENTRY(stext)

SECTIONS

{

#ifdef CONFIG_XIP_KERNEL

       . = XIP_VIRT_ADDR(CONFIG_XIP_PHYS_ADDR);

#else

       . = PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET;   

#endif

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

              _stext = .;

                     _sinittext = .;

                     *(.init.text)

                     _einittext = .;

……

       }

}

 

 

# arch/arm/boot/Makefile

# Note: the following conditions must always be true:

#   ZRELADDR == virt_to_phys(PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)

#   PARAMS_PHYS must be within 4MB of ZRELADDR

#   INITRD_PHYS must be in RAM

ZRELADDR    := $(zreladdr-y)                                      

#---> zrealaddr-y is specified with 0x30008000 in arch/arm/boot/makefile.boot

PARAMS_PHYS := $(params_phys-y)

INITRD_PHYS := $(initrd_phys-y)

 

export ZRELADDR INITRD_PHYS PARAMS_PHYS

 

通过下面的命令编译内核映像,由参数-a, -e设置其入口地址为ZRELADDR,此值在上面ZRELADDR    := $(zreladdr-y)指定。

 

quiet_cmd_uimage= UIMAGE $@                                                                     

      cmd_uimage = $(CONFIG_SHELL) $(MKIMAGE) -A arm -O linux -T kernel \

                 -C none -a $(ZRELADDR) -e $(ZRELADDR) \

                 -n 'Linux-$(KERNELRELEASE)' -d $< $@

1.3.   小结
从上面分析可知道,linux内核被bootloader拷贝到RAM后,解压代码从ZTEXTADDR开始运行(这段代码是与位置无关的PIC)。内核被解压缩到ZREALADDR处,也就是内核启动的物理地址处。相应地,内核启动的虚拟地址被设定为TEXTADDR,满足如下条件:

TEXTADDR = PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET

内核启动的物理地址和虚拟地址满足入下条件:

ZRELADDR == virt_to_phys(PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET)= virt_to_phys(TEXTADDR)

 

假定开发板为smdk2410,则有:

内核启动的虚拟地址

TEXTADDR     = 0xC0008000

内核启动的物理地址  

ZRELADDR     = 0x30008000

如果直接从flash中启动还需要设置ZTEXTADDR地址。

 

2.       内核启动过程分析
内核启动过程经过大体可以分为两个阶段:内核映像的自引导;linux内核子模块的初始化。

start

Decompress_kernel()

Call_kernel

Stext:

Prepare_namespace

Do_basic_setup

init

Rest_init

Setup_arch ……

Start_kernel

_enable_mmu

Execve(“/sbin/init”))

内核启动流程图

2.1.   内核映像的自引导
这阶段的主要工作是实现压缩内核的解压和进入内核代码的入口。

Bootloader完成系统引导后,内核映像被调入内存指定的物理地址ZTEXTADDR。典型的内核映像由自引导程序和压缩的VMlinux组成。因此在启动内核之前需要先把内核解压缩。内核映像的入口的第一条代码就是自引导程序。它在arch/arm/boot/compressed/head.S文件中。

Head.S文件主要功能是实现压缩内核的解压和跳转到内核vmlinux内核的入口。Decompress_kernel(): arch/arm/boot/compressed/misc.c 和call_kernel这两个函数实现了上述功能。在调用decompress_kernel()解压内核之前,需要确保解压后的内核代码不会覆盖掉原来的内核映像。以及设定内核代码的入口地址ZREALADDR。

              .text

              adr   r0, LC0

              ldmia       r0, {r1, r2, r3, r4, r5, r6, ip, sp}

              .type       LC0, #object

 

LC0:              .word      LC0               @ r1

              .word      __bss_start            @ r2

              .word      _end                     @ r3

              .word      zreladdr          @ r4

              .word      _start                    @ r5

              .word      _got_start              @ r6

              .word      _got_end        @ ip

              .word      user_stack+4096           @ sp

上面这段代码得到内核代码的入口地址,保存在r4中。

 

/*

* Check to see if we will overwrite ourselves.

*   r4 = final kernel address

*   r5 = start of this image

*   r2 = end of malloc space (and therefore this image)

* We basically want:

*   r4 >= r2 -> OK

*   r4 + image length <= r5 -> OK

*/

              cmp r4, r2

              bhs wont_overwrite

              add r0, r4, #4096*1024 @ 4MB largest kernel size

              cmp r0, r5

              bls   wont_overwrite

              mov r5, r2                    @ decompress after malloc space

              mov r0, r5

              mov r3, r7

              bl     decompress_kernel

              b     call_kernel

 

上面代码判断解压后的内核代码会不会覆盖原来的内核映像,然后调用内核解压缩函数decompress_kernel()。

 

ulg

decompress_kernel(ulg output_start, ulg free_mem_ptr_p, ulg free_mem_ptr_end_p,

                int arch_id)

{

       output_data            = (uch *)output_start;    /* 指定内核执行地址,保存在r4中*/

       free_mem_ptr        = free_mem_ptr_p;

       free_mem_ptr_end = free_mem_ptr_end_p;

       __machine_arch_type    = arch_id;

 

       arch_decomp_setup(); /*解压缩前的初始化和设置,包括串口波特率设置等*/

 

       makecrc();           /*CRC校验*/

       putstr("Uncompressing Linux...");

       gunzip();            /*调用解压缩函数*/

       putstr(" done, booting the kernel.\n");

       return output_ptr;

}

【作者】 张昺华
【新浪微博】 张昺华--sky
【twitter】 @sky2030_
【facebook】 张昺华 zhangbinghua
本文版权归作者和博客园共有,欢迎转载,但未经作者同意必须保留此段声明,且在文章页面明显位置给出原文连接,否则保留追究法律责任的权利.
目录
相关文章
|
2月前
|
缓存 Linux 开发者
Linux内核中的并发控制机制
本文深入探讨了Linux操作系统中用于管理多线程和进程的并发控制的关键技术,包括原子操作、锁机制、自旋锁、互斥量以及信号量。通过详细分析这些技术的原理和应用,旨在为读者提供一个关于如何有效利用Linux内核提供的并发控制工具以优化系统性能和稳定性的综合视角。
|
2月前
|
缓存 负载均衡 算法
深入探索Linux内核的调度机制
本文旨在揭示Linux操作系统核心的心脏——进程调度机制。我们将从Linux内核的架构出发,深入剖析其调度策略、算法以及它们如何共同作用于系统性能优化和资源管理。不同于常规摘要提供文章概览的方式,本摘要将直接带领读者进入Linux调度机制的世界,通过对其工作原理的解析,展现这一复杂系统的精妙设计与实现。
130 8
|
2月前
|
算法 Linux 调度
深入理解Linux内核调度器:从基础到优化####
本文旨在通过剖析Linux操作系统的心脏——内核调度器,为读者揭开其高效管理CPU资源的神秘面纱。不同于传统的摘要概述,本文将直接以一段精简代码片段作为引子,展示一个简化版的任务调度逻辑,随后逐步深入,详细探讨Linux内核调度器的工作原理、关键数据结构、调度算法演变以及性能调优策略,旨在为开发者与系统管理员提供一份实用的技术指南。 ####
95 4
|
5天前
|
安全 Linux 测试技术
Intel Linux 内核测试套件-LKVS介绍 | 龙蜥大讲堂104期
《Intel Linux内核测试套件-LKVS介绍》(龙蜥大讲堂104期)主要介绍了LKVS的定义、使用方法、测试范围、典型案例及其优势。LKVS是轻量级、低耦合且高代码覆盖率的测试工具,涵盖20多个硬件和内核属性,已开源并集成到多个社区CICD系统中。课程详细讲解了如何使用LKVS进行CPU、电源管理和安全特性(如TDX、CET)的测试,并展示了其在实际应用中的价值。
|
18天前
|
Ubuntu Linux 开发者
Ubuntu20.04搭建嵌入式linux网络加载内核、设备树和根文件系统
使用上述U-Boot命令配置并启动嵌入式设备。如果配置正确,设备将通过TFTP加载内核和设备树,并通过NFS挂载根文件系统。
67 15
|
1月前
|
算法 Linux
深入探索Linux内核的内存管理机制
本文旨在为读者提供对Linux操作系统内核中内存管理机制的深入理解。通过探讨Linux内核如何高效地分配、回收和优化内存资源,我们揭示了这一复杂系统背后的原理及其对系统性能的影响。不同于常规的摘要,本文将直接进入主题,不包含背景信息或研究目的等标准部分,而是专注于技术细节和实际操作。
|
1月前
|
存储 缓存 网络协议
Linux操作系统的内核优化与性能调优####
本文深入探讨了Linux操作系统内核的优化策略与性能调优方法,旨在为系统管理员和高级用户提供一套实用的指南。通过分析内核参数调整、文件系统选择、内存管理及网络配置等关键方面,本文揭示了如何有效提升Linux系统的稳定性和运行效率。不同于常规摘要仅概述内容的做法,本摘要直接指出文章的核心价值——提供具体可行的优化措施,助力读者实现系统性能的飞跃。 ####
|
1月前
|
监控 算法 Linux
Linux内核锁机制深度剖析与实践优化####
本文作为一篇技术性文章,深入探讨了Linux操作系统内核中锁机制的工作原理、类型及其在并发控制中的应用,旨在为开发者提供关于如何有效利用这些工具来提升系统性能和稳定性的见解。不同于常规摘要的概述性质,本文将直接通过具体案例分析,展示在不同场景下选择合适的锁策略对于解决竞争条件、死锁问题的重要性,以及如何根据实际需求调整锁的粒度以达到最佳效果,为读者呈现一份实用性强的实践指南。 ####
|
1月前
|
缓存 监控 网络协议
Linux操作系统的内核优化与实践####
本文旨在探讨Linux操作系统内核的优化策略与实际应用案例,深入分析内核参数调优、编译选项配置及实时性能监控的方法。通过具体实例讲解如何根据不同应用场景调整内核设置,以提升系统性能和稳定性,为系统管理员和技术爱好者提供实用的优化指南。 ####
|
1月前
|
负载均衡 算法 Linux
深入探索Linux内核调度机制:公平与效率的平衡####
本文旨在剖析Linux操作系统内核中的进程调度机制,特别是其如何通过CFS(完全公平调度器)算法实现多任务环境下资源分配的公平性与系统响应速度之间的微妙平衡。不同于传统摘要的概览性质,本文摘要将直接聚焦于CFS的核心原理、设计目标及面临的挑战,为读者揭开Linux高效调度的秘密。 ####
45 3