Linux BSP實(shí)戰(zhàn)課（SoC bringup篇）：Kernel 的初始化過(guò)程

最全最詳細(xì)的Linux BSP 實(shí)戰(zhàn)教程，共100篇，包含SOC Bringup, Uboot, 內(nèi)核啟動(dòng), 中斷, 時(shí)鐘, 電源, GPIO, DMA, 低速總線(xiàn), 高速總線(xiàn), 音頻, 顯示, 攝像頭, 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)等；博主創(chuàng)建了專(zhuān)門(mén)的專(zhuān)欄技術(shù)討論群，以及免費(fèi)的ChatGPT使用，和大佬們一起討論實(shí)戰(zhàn)；經(jīng)過(guò)兩年的輸出和完善打磨，將碎片化的知識(shí)進(jìn)行整理；通過(guò)圖文并茂的方式淺入深出。

內(nèi)核運(yùn)行的第一行代碼

.head.text 文本段

Head.S

start_kernel

setup_arch

mm_init

sched_init

init_IRQ

tick_init

init_timers

hrtimers_init

softirq_init

time_init

console_init

vfs_caches_init

rest_init

上文我們講到，內(nèi)核中各個(gè)階段的初始化非常重要，涉及內(nèi)容很多，比如內(nèi)存管理，進(jìn)程管理，文件系統(tǒng)，中斷管理，時(shí)鐘管理等。就算淺嘗輒止的描述每個(gè)模塊，至少也要一萬(wàn)字的總結(jié)，所以?xún)?nèi)核的重要程度很有必要單獨(dú)作為一章梳理。

讓我們一起正式進(jìn)入內(nèi)核的世界，站在內(nèi)核的角度，內(nèi)核之前的所有程序都是系統(tǒng)引導(dǎo)程序，其中 CPU 的狀態(tài)如下：

r0 = 0.

r1 = CPU 類(lèi)型.

r2 = kernel參數(shù)list的物理地址.

irq & fiq 必須關(guān)閉.

MMU 必須關(guān)閉，這里內(nèi)存地址都是物理地址.

D-cache 必須關(guān)閉，I-cache 沒(méi)有要求.

內(nèi)核運(yùn)行的第一行代碼

Linux啟動(dòng)，會(huì)啟動(dòng)內(nèi)核編譯后的文件 vmlinux，vmlinux 是一個(gè) ELF 文件，按照 ./arch/arm64/kernel/vmlinux.lds 設(shè)定的規(guī)則進(jìn)行鏈接，vmlinux.lds 是 vmlinux.lds.S 編譯之后生成的。所以為了確定 vmlinux 內(nèi)核的起始地址， 首先通過(guò) vmlinux.lds.S 鏈接腳本進(jìn)行分析。如下所示：

$?readelf?-h?vmlinux
ELF?Header:
??Magic:???7f?45?4c?46?02?01?01?00?00?00?00?00?00?00?00?00
??Class:?????????????????????????????ELF64
??Data:??????????????????????????????2's?complement,?little?endian
??Version:???????????????????????????1?(current)
??OS/ABI:????????????????????????????UNIX?-?System?V
??ABI?Version:???????????????????????0
??Type:??????????????????????????????DYN?(Shared?object?file)
??Machine:???????????????????????????AArch64
??Version:???????????????????????????0x1
??Entry?point?address:???????????????0xffff800010000000
??Start?of?program?headers:??????????64?(bytes?into?file)
??Start?of?section?headers:??????????494679672?(bytes?into?file)
??Flags:?????????????????????????????0x0
??Size?of?this?header:???????????????64?(bytes)
??Size?of?program?headers:???????????56?(bytes)
??Number?of?program?headers:?????????5
??Size?of?section?headers:???????????64?(bytes)
??Number?of?section?headers:?????????38
??Section?header?string?table?index:?37

$?readelf?-l?vmlinux

Elf?file?type?is?DYN?(Shared?object?file)
Entry?point?0xffff800010000000
There?are?5?program?headers,?starting?at?offset?64

Program?Headers:
??Type???????????Offset?????????????VirtAddr???????????PhysAddr
?????????????????FileSiz????????????MemSiz??????????????Flags??Align
??LOAD???????????0x0000000000010000?0xffff800010000000?0xffff800010000000
?????????????????0x0000000001beacdc?0x0000000001beacdc??RWE????10000
??LOAD???????????0x0000000001c00000?0xffff800011c00000?0xffff800011c00000
?????????????????0x00000000000c899c?0x00000000000c899c??R?E????10000
??LOAD???????????0x0000000001cd0000?0xffff800011cd0000?0xffff800011cd0000
?????????????????0x0000000000876200?0x0000000000905794??RW?????10000
??NOTE???????????0x0000000001bfaca0?0xffff800011beaca0?0xffff800011beaca0
?????????????????0x000000000000003c?0x000000000000003c??R??????4
??GNU_STACK??????0x0000000000000000?0x0000000000000000?0x0000000000000000
?????????????????0x0000000000000000?0x0000000000000000??RW?????10

?Section?to?Segment?mapping:
??Segment?Sections...
???00?????.head.text?.text?.got.plt?.rodata?.pci_fixup?__ksymtab?__ksymtab_gpl?__ksymtab_strings?__param?__modver?__ex_table?.notes
???01?????.init.text?.exit.text?.altinstructions
???02?????.init.data?.data..percpu?.hyp.data..percpu?.rela.dyn?.data?__bug_table?.mmuoff.data.write?.mmuoff.data.read?.pecoff_edata_padding?.bss
???03?????.notes
???04

通過(guò)上面的查詢(xún)可知，此 vmlinux 為一個(gè) aarch64 架構(gòu)平臺(tái)的 ELF 可執(zhí)行文件，其程序入口的地址為 0xffff800010000000，此段對(duì)應(yīng)的 section 為.head.text .text .got.plt......，所以 vmlinux 的入口在 .head.text 文本段。