IMX6Solo启动流程-Linux 内核启动 二

写在前头

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*.目的：整理一下RIotBoard开发板的启动流程，对自己的所学做一个整理总结,本系列内核代码基于linux-3.0.35-imx。
*.备注：整个系列只是对我所学进行总结，记录我认为是关键的点，另我能力有限，难免出现疏漏错误，如果读者有发现请多指正，以免我误导他人！

内核自解压

上篇我们说到uImage的生成流程，内核真正的入口地址是在arch/arm/boot/compressed中，所以我们首先看下该目录下面的vmlinux.lds。

…
.text : {
_start = .;
*(.start)
*(.text)
(.text.)
*(.fixup)
*(.gnu.warning)
*(.rodata)
(.rodata.)
*(.glue_7)
*(.glue_7t)
*(.piggydata)
. = ALIGN(4);
}
…

入口地址就是*(.start)段，定义在head.S中。在这里要注意一下一个段是*(.piggydata)，它的定义在piggy.gzip.S中。
piggy.gzip.S文件内容：

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1    .section .piggydata,#alloc

2    .globl  input_data

3input_data:

4    .incbin "arch/arm/boot/compressed/piggy.gzip"

5    .globl  input_data_end

6input_data_end:

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可以看出被压缩后的内核文件piggy.gzip被放在段.piggydata中，然后被链接到vmlinux。
PS：内核被压缩之后的长度在piggy.gzip文件的最后四个字节。

自解压代码的入口

被压缩后的内核以一个段数据的形式链接进来，所以自解压程序首先找到这个段数据的地址，然后解压缩到指定的地址。
入口在head.S中的.start段，如果把所有代码都贴出来会让文章显得很长，所有我会尽量少地贴代码，各位读者请参考head.S来看。
具体的执行流程为：

1. 将r1、r2寄存器保存到r7、r8寄存器中，根据AAPCS对函数调用中寄存器的责任规定，r0、r1、r2寄存器分别保存的是前三个参数，所以实际上此时r1和r2的值就是Uboot中theKernel的第二个（机器ID）和第三个参数（内核参数地址）。
2. 进入SVC模式，关闭中断。
3. ldr r4, =zreladdr;将zreladdr赋值给r4寄存器。zreladdr的定义在同目录下的Makefile中:

ifneq (
$(CONFIG_AUTO_ZRELADDR),y)
LDFLAGS_vmlinux += –defsym zreladdr=
$(ZRELADDR)
endif

即宏ZERLADDR的值，而ZERLADDR又在arch/arm/boot/Makefile中定义为

ZRELADDR :=
$(zreladdr-y)

$(zreladdr-y)的定义在arch/arm/mach-xxx/Makefile.boot中，每个板子的定义各不相同，实际上zreladdr就是内核解压缩到的地址。解压之后的内核被放在以zreladdr开始的内存上。也是解压之后内核入口地址。
4. bl cache_on;开启I/D缓存，为了加速CPU执行速度，略过。
5. 加载LC0表，LC0的定义为：

LC0: .word LC0 @ r1
.word __bss_start @ r2
.word _end @ r3
.word _edata @ r6
.word input_data_end – 4 @ r10 (inflated size location)
.word _got_start @ r11
.word _got_end @ ip
.word .L_user_stack_end @ sp
.size LC0, . – LC0

里面的定义可以结合vmlinux.lds一起看。

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1restart:    

2        adr r0, LC0;相当于add r0, pc, LC0

3        ldmia   r0, {r1, r2, r3, r6, r10, r11, r12};加载表

4        ldr sp, [r0, #28];加载sp指针,即.L_user_stack_end，定义在同一文件，一段4K的堆栈

5        /*

6         * We might be running at a different address.  We need

7         * to fix up various pointers.

8         * 由于linux加载地址可能跟链接地址不一致，所以重新计算_edata和input_data_end - 4的值

9         */

10        sub r0, r0, r1      @ calculate the delta offset

11        add r6, r6, r0      @ _edata

12        add r10, r10, r0        @ inflated kernel size location

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14        /*

15         * The kernel build system appends the size of the

16         * decompressed kernel at the end of the compressed data

17         * in little-endian form.

18         * 计算出被压缩内核的长度，保存到r9

19         */

20        ldrb    r9, [r10, #0]

21        ldrb    lr, [r10, #1]

22        orr r9, r9, lr, lsl #8

23        ldrb    lr, [r10, #2]

24        ldrb    r10, [r10, #3]

25        orr r9, r9, lr, lsl #16

26        orr r9, r9, r10, lsl #24

27        /* malloc space is above the relocated stack (64k max) */

28        add sp, sp, r0;重新计算堆栈的地址

29        add r10, sp, #0x10000;再申请64K

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在这里先稍微说一下链接地址和执行地址。链接地址就是链接程序给执行代码，变量符号等指定的地址。例如长跳转调用一个子函数，编译器会给这个子函数指定一个固定的链接地址xxxxxxxx，跳转的时候就是b xxxxxxxx;。链接之后的程序中，这些地址都已固定。
而运行地址就是实际上程序被加载到运行的地址。我们写的应用程序被加载的时候运行地址和链接地址是一致的，所以长跳转的时候不会有问题。如果链接地址和运行地址不一致，就会出现问题，比如长跳转到一个子函数地址为xxxxxxxx，但是由于该子函数的代码不是被加载到xxxxxxxx而是被加载到yyyyyyyy的地址，此时就会出错，同理变量也是。
在上面那段汇编代码中有个重新计算地址的就是出于这个考虑，如果链接地址和运行地址不一致，那么_edata和input_data_end所指向的地址就有问题。
计算的原理是：adr r0, LC0后r0里面保存的就是LC0的真实地址，然后加载LC0表，注意第一个数据就是定义LC0的链接地址，然后加载到r1寄存器中。sub r0, r0, r1就计算出运行地址和链接地址的偏移量，保存到寄存器r0中。接着就重新计算_edata和input_data_end的值。

总结

为了避免一片文章过长，先讲到这里。
看懂vmlinux.lds之后，就会对镜像文件的布局了解，结合该文件看代码，就不会有多少疑惑，还有一点就是要弄清楚运行地址和链接地址。

参考

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