原创 嵌入式的学习历程：嵌入式启动信息分析（二）

第二部分 : linux内核初始化以及启动<?XML:NAMESPACE PREFIX = O />

第一节：start_kernel

Linux的源代码可以从www.kernel.org得到，或者你可以查看linux代码交叉引用网站：http://lxr.linux.no/ 进行在线的代码查看，这是一个很好的工具网站。
在start_kernel中将调用到大量的init函数，来完成内核的各种初始化。如：

page_address_init();
sched_init();
page_alloc_init();
init_IRQ();
softirq_init();
console_init();
calibrate_delay();
vfs_caches_init(num_physpages);
rest_init();

具体内容可以参考[http://lxr.linux.no/source/init/main.c]

上面的代码输出信息，是跟踪linux代码分析后得到的，进入init目录下的main.c的start_kernel启动函数.
嵌入式linux使用的是linux内核版本为2.4.22
linux source code代码中start_kernel中输出的linux_banner信息。这个信息是每个linux kernel都会打印一下的信息，如果你没有把这句去掉的话。

bootloader经过内存映射后的地址为：0x10000fc0, 按上面的地址换算方法，1后面有7个0，那么虚拟地址256M左右处。

pT110是ARM微处理器arm核的一种，另一种为pT100。此处为显示ARM的类型。

预留内存大小，在节点0上总共20页, zone(0) 设置最小内存为12MB, zone(1)和zone(2)为0页。警告：对齐不正确

Kernel 启动命令设为：/dev/mtdblock3（在后面的说明中会看到mtdblock3是指的flash上的romfs分区。），用来指定根文件系统所在的位置，kernel会将块设备mtdblock3当作文件系统来处理。

也就是说，内核会根据上面的kernel命令行，知道只读文件系统romfs将是根文件系统rootfs。

start_kernel(void)中输出的上面的这句信息。

这行命令是在linux内核启动过程中都会输出的一句。

代码中console_init()的输出信息, 显示控制台属性：一般使用VGA text console，标准是80 X 25行列的文本控制台，这里是对属性进行了设置。

串口设置值为115200，此为波特率输出信息。对串口设置的信息做一个打印的动作，在调试时会非常有用。

Calibrate:校准, 进入时延校准循环。检查CPU的MIPS(每秒百万条指令)，Bogo是Bogus(伪)的意思。这里是对CPU进行一个实时测试，来得到一个大体的MIPS数值

Bogomips,是由linus Torvalds写的, 是Linux操作系统中衡量计算机处理器运行速度的一种尺度。提供这种度量的程序被称为BogoMips，当启动计算机时，BogoMips能显示系统选项是否处于最佳性能。

linux内核中有一个函数calibrate_delay（）,它可以计算出cpu在一秒钟内执行了多少次一个极短的循环，计算出来的值经过处理后得到BogoMIPS值

你可以将计算机的bogomips与计算机处理器的bogomips进行比较。Torvalds称这个程序为BogoMips来暗示两台计算机间的性能度量是错误的，因为并非所有起作用因素都能被显示出来或被认可。尽管计算机基准中经常用到MIPS，但环境的变化容易导致度量的错误。Bogomips能测出一秒钟内某程序运行了多少次。

察看/proc/cpuinfo文件中的最后一行也能得到这个数值。

上面这个输出，在所有的linux系统启动中都会打印出来。

进入内存初始化

mem_init(void), [arch/i386/mm/init.c]

当前内存使用情况，将列出总的内存大小, 及分配给内核的内存大小:包括代码部分，数据部分，初始化部分,总共刚好4M。请留意此处的内核的内存大小的各个值。

进入虚拟文件系统VFS初始化

vfs_caches_init()

名词：
① Dentry：目录数据结构
② Inode：i节点
③ Mount cache：文件系统加载缓冲
④ buffer cache：内存缓冲区
⑤ Page Cache：页缓冲区

Dentry目录数据结构(目录入口缓存),提供了一个将路径名转化为特定的dentry的一个快的查找机制,Dentry只存在于RAM中；

i节点(inode)数据结构存放磁盘上的一个文件或目录的信息，i节点存在于磁盘驱动器上;存在于RAM中的i节点就是VFS的i节点，dentry所包含的指针指向的就是它；

buffer cache内存缓冲区，类似kupdated，用来在内存与磁盘间做缓冲处理；

Page Cache 用来加快对磁盘上映像和数据的访问。

在内存中建立各个缓冲hash表，为kernel对文件系统的访问做准备。

VFS（virtual filesystem switch）虚拟文件切换目录树有用到类似这样的结构表。

上面的输出信息，在一般的linux启动过程中都会看到。

conformance:顺应, 一致。即POSIX适应性检测。UNIFIX是一家德国的技术公司，Linux 原本要基于 POSIX.1 的, 但是 POSIX 不是免费的, 而且 POSIX.1 证书相当昂贵. 这使得 Linux 基于 POSIX 开发相当困难. Unifix公司(Braunschweig, 德国) 开发了一个获得了 FIPS 151-2 证书的 Linux 系统. 这种技术用于 Unifix 的发行版 Unifix Linux 2.0 和 Lasermoon 的 Linux-FT。

在2.6的内核中就将上面的这句输出给拿掉了。

第二节：用户模式( user_mode )开始，start_kernel结束

设备的初始化 init()--->do_basic_init()--->pci_init()，初始化PCI，检测系统的PCI设备。

英国威尔士，斯旺西大学的NET3.039, TCP/IP 协议栈

此信息，在linux启动过程中都会出现。

对Socket的初始化，socket_init()，Netlink 一种路由器管理协议(linux-2.4.22\net\core\Rtnetlink.c，Routing netlink socket interface: protocol independent part。 其中RT是route路由的意思。这句输出是在create产生rtnetlink的socket套接字时的一个调试输出。)

此信息，在linux启动过程中都会出现。

启动交换守护进程kswapd，进程IO操作例程kpiod

kswapd可以配合kpiod运行。进程有时候无事可做，当它运行时也不一定需要把其所有的代码和数据都放在内存中。这就意味着我们可以通过把运行中程序不用的内容切换到交换分区来更好的是利用内存。大约每隔1秒，kswapd醒来并检查内存情况。如果在硬盘的东西要读入内存，或者内存可用空间不足，kpiod就会被调用来做移入/移出操作。kswapd负责检查，kpiod负责移动。

加载日志块设备驱动。

日志块设备是用来对文件系统进行日志记录的一个块设备。日志文件系统是在传统文件系统的基础上，加入文件系统更改的日志记录。

它的设计思想是：跟踪记录文件系统的变化，并将变化内容记录入日志。日志文件系统在磁盘分区中保存有日志记录，写操作首先是对记录文件进行操作，若整个写操作由于某种原因(如系统掉电)而 中断，系统重启时，会根据日志记录来恢复中断前的写操作。在日志文件系统中，所有的文件系统的变化都被记录到日志，每隔一定时间，文件系统会将更新后的元 数据及文件内容写入磁盘。在对元数据做任何改变以前，文件系统驱动程序会向日志中写入一个条目，这个条目描述了它将要做些什么，然后它修改元数据。

Devfs模块的输出信息。

设备文件系统devfs，版本1.12c，

Pty模块的输出信息，与控制台操作有关的设置。

将通过 devpts 文件系统使用 Unix98 PTYs，（Pseudo-ttys (telnet etc) device是伪ttys设备的缩写。

①  TTY(/dev/tty)是TeleTYpe的一个老缩写，为用户输入提供不同控制台的设备驱动程序。它的名字来源于实际挂接到 UNIX系统的、被称为电传打字机(teletype)的终端。在Linux下，这些文件提供对虚拟控制台的支持，可以通过按＜Alt-F1＞到＜Alt-F6＞键来访问这些虚拟控制台。这些虚拟控制台提供独立的、同时进行的本地登录对话过程

②  ttys(/dev/ttys)是计算机终端的串行接口。/dev/ttyS0对应MS-DOS下的 COM1。

使用 make dev脚本MAKEDEV来建立pty文件。这样系统内核就支持Unix98风格的pty了。在进行Telnet登录时将要用到/dev/pty设备。 pty是伪终端设备，在远程登录等需要以终端方式进行连接，但又并非真实终端的应用程序中必须使用这种设备，如telnet或xterm等程序。Linux 2.2以后增添了UNIX98风格的Pty设备，它使用一个新的文件系统(devpts针对伪终端的文件系统)和一个克隆的设备cloning device来实现其功能。

linux-2.4.22\drivers\char\Pty.c, 在devfs_mk_dir (NULL, "pts", NULL);时会输出上面的信息。

加载返还块设备驱动，最多支持8个设备

网卡驱动，基地址为：0x60112000， MAC地址:00:10:0d:42:a0:03, 中断号：14

RTL8139 的 接收路径设计成一个环形缓冲区（一段线性的内存，映射成一个环形内存）。当设备接收到数据时，数据的内容就保存在这个环形缓冲区内并更新下个存储数据的地 址（第一个数据包的开始地址＋第一个数据包的长度）。设备会一直保留缓冲区内的数据直到整个缓冲区耗尽。这样，设备会再次重写缓冲区内起始位置的内容，就 像一个环那样。

从 2.2 版内核升级到 2.4 版时, RTL-8139 支持模块已不再叫 rtl8139，而叫它 8139too，现在你再看到8139too就不会不明白它的来由了吧。

USB设备信息，USB会被当做SCSI来处理。

软中断信息输出。Tasklet是在2.4中才出现，它是为了更好地利用多CPU。

探测 XX的闪存（Flash Memory）,"NOR NAND Flash Memory Technology"

AMD与富士通合资设立的Flash供货商Spansion。AMD因获利不佳,已经退出Flash市场，后续由Spansion合资公司经营.主要生产NOR类型的flash,特点是容量小，速度快。Spansion商标的flash，在我们开发中会经常看到。以后大家看到Spansion的芯片，就能了解到它和AMD还有富士通的来龙去脉了。

Common flash Interface (CFI)是指一个统一的flash访问接口，表示这种flash是这种接口类型的。

使用flash写缓冲方式

flash提供了写BUFFER的命令来加快对flash上块的操作。对Flash擦除和写数据是很慢的。如果用写BUFFER的命令会快一点。据手册上说，会快20倍。Buffer Size ：5 bytes的buffer缓冲不是每个块都有，是整个flash只有一个5 bytes的buffer，用写BUFFER命令对所有的块进行写操作，都要用同一个buffer,写Buffer是主要检查buffer是否available，其实buffer起缓冲作用，来提高工作效率。

比如某flash有128个128K字节块。允许用户对任意块进行字节编程和写缓冲器字节编程操作，每字节编程时间为210μs；若采用写缓冲器字节编程方式，32字节编程共需218μs，每字节编程时间仅为6.8μs。芯片的块擦除时间为1s，允许在编程或块擦除操作的同时进行悬挂中断去进行读操作，待读操作完成后，写入悬挂恢复命令，再继续编程或块擦除。

此处为重要信息部分，需要特别留意。
在内存中映射过的flash,创建三个MTD分区：
flash上的内容将被映射到内存中的对应地址
前128K为BootLoader--->0x00000000-0x00020000
接着的128K为系统配置信息Config存放的位置--->0x00020000-0x00040000
再后面的 16M - 2X128K 为romfs的存放处.--->0x00040000-0x01000000
上面的内容，大家可以根据前面的换算公式得到。

A> 编译的bootloader一般大小约50K左右；
B> 在此处就知道了配置信息config是放在第2分区中的；
C> 制作的romfs的大小,一般为8M或10M左右，所以能放得下；