1. 概述
之前已經寫了幾篇Linux內核啟動相關的文章，比如：《解壓內核鏡像》《呼叫 start_kernel》都是用匯編語言寫的，這些代碼的作用僅僅是把內核鏡像放置到特定的位置，同時配置好C語言的運行環境，再有就是簡單的把內核鏡像所在區域的頁表設定一下，在開啟MMU之后就正式開始了C語言代碼的執行，C語言代碼的入口是start_kernel這個函式，本文要介紹其中的set_arch這個函式，該函式的作用是查找給定機器ID的資料結構資訊、配置記憶體條資訊、決議bootloader傳遞命令列引數，然后根據machine_desc結構體所記錄的資訊對機器進行一些必要的設定，最后開始正式建立完整的頁表，大致流程如下圖所示，
2. set_processor
該函式首先呼叫匯編代碼來查找給定機器ID的proc_info資料，找到之后取出其中的processor結構體，該結構體中包含了很多任務切換相關的底層函式，
/* arch/arm/kernel/setup.c */
list = lookup_processor_type(read_cpuid_id());
/* arch/arm/kernel/head-common.S */
ENTRY(lookup_processor_type)
stmfd sp!, {r4 - r6, r9, lr}
mov r9, r0
bl __lookup_processor_type
mov r0, r5
ldmfd sp!, {r4 - r6, r9, pc}
ENDPROC(lookup_processor_type)
cacheid_init函式根據CPU ID設定緩沖相關的標志位；cpu_init呼叫剛剛找到的processor中的processor._proc_init函式，不過該函式沒有做什么實際操作，
/* arch/arm/mm/proc-v7.S */
ENTRY(cpu_v7_proc_init)
mov pc, lr
ENDPROC(cpu_v7_proc_init)
設定內核啟動時所在CPU不同例外模式下的堆疊指標，
/* arch/arm/kernel/setup.c::cpu_init */
__asm__ (
"msr cpsr_c, %1\n\t"
"add r14, %0, %2\n\t"
"mov sp, r14\n\t"
"msr cpsr_c, %3\n\t"
"add r14, %0, %4\n\t"
"mov sp, r14\n\t"
"msr cpsr_c, %5\n\t"
"add r14, %0, %6\n\t"
"mov sp, r14\n\t"
"msr cpsr_c, %7"
:
: "r" (stk),
PLC (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | IRQ_MODE),
"I" (offsetof(struct stack, irq[0])),
PLC (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | ABT_MODE),
"I" (offsetof(struct stack, abt[0])),
PLC (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | UND_MODE),
"I" (offsetof(struct stack, und[0])),
PLC (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE)
: "r14");
3. setup_machine_tags
根據機器ID查找machine_desc結構體，如果沒有找到就列印一條提示資訊，然后直接宕機，而此時使用的列印函式是early_print的話，再根據《printk流程分析》，此時其實還沒有注冊console驅動，因此如果沒有打開early_printk功能，則系統就悄無聲息的死機了，
/* arch/arm/kernel/setup.c */
for_each_machine_desc(p)
if (nr == p->nr) {
printk("Machine: %s\n", p->name);
mdesc = p;
break;
}
找到mdesc之后，執行mdesc->fixup()，該呼叫實際執行的函式是定義在cpu.c中的cpu_fixup函式，該函式的作用是設定記憶體條個數以及對應物理起始地址和大小，
/* arch/arm/kernel/setup.c */
if (mdesc->fixup)
mdesc->fixup(tags, &from, &meminfo);
/* arch/arm/mach-s5p4418/cpu.c */
MACHINE_START(S5P4418, NXP_MACH_NAME)
.atag_offset = 0x00000100,
.fixup = cpu_fixup,
.map_io = cpu_map_io,
.init_irq = nxp_cpu_init_irq,
#ifdef CONFIG_ARM_GIC
.handle_irq = gic_handle_irq,
#else
.handle_irq = vic_handle_irq,
#endif
.timer = &nxp_cpu_sys_timer,
.init_machine = cpu_init_machine,
#if defined CONFIG_CMA && defined CONFIG_ION
.reserve = cpu_mem_reserve,
#endif
MACHINE_END
static void __init cpu_fixup(...)
{
mi->nr_banks = 1;
mi->bank[0].start = CFG_MEM_PHY_SYSTEM_BASE;
#if !defined(CFG_MEM_PHY_DMAZONE_SIZE)
mi->bank[0].size = CFG_MEM_PHY_SYSTEM_SIZE;
#else
mi->bank[0].size = CFG_MEM_PHY_SYSTEM_SIZE + CFG_MEM_PHY_DMAZONE_SIZE;
#endif
}
接下來就是決議bootloader傳遞的命令列引數，通過tag->hdr.tag查找內核中預置的對應型別tag的決議函式，然后呼叫對應型別tag的parse函式即可實作對引數的決議，
/* arch/arm/kernel/setup.c */
static int __init parse_tag(const struct tag *tag)
{
extern struct tagtable __tagtable_begin, __tagtable_end;
struct tagtable *t;
for (t = &__tagtable_begin; t < &__tagtable_end; t++)
if (tag->hdr.tag == t->tag) {
t->parse(tag);
break;
}
return t < &__tagtable_end;
}
/* arch/arm/kernel/setup.h */
struct tagtable {
__u32 tag;
int (*parse)(const struct tag *);
};
4. 總結
為了避免文章篇幅太長，所以會拆分成三四篇來寫，下面是本文的總結：
- setup_processor：根據給定機器ID查找機器描述資訊，然后再根據CPU ID設定cache相關的標志位，再執行processor._proc_init對處理器進行初始化，最后設定CPU不同例外模式下的堆疊指標；
- setup_machine_tags：根據機器ID查找machine_desc結構體，然后執行cpu_fixup函式配置記憶體條資訊，最后決議bootloader傳遞的命令列引數，
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標籤：Linux