第4天--linux内核学习

驱动使用方式
1、编译到内核中 * make uImage
进入到系统后
mknod /dev/led c 500 0 创建设备节点

2、编译为模块 M make module
进入到系统后
mknod /dev/led c 500 0 创建设备节点
insmod fs4412_led_drv.ko(驱动可执行程序) 加载驱动

uImage的编译
1、步骤
make uImage -jNUM NUM = 处理器数量*处理器核心数

2、流程
进入顶层目录下的Makefile
找不到uImage 就去找include
504 include $(srctree)/arch/$(SRCARCH)/Makefile ==> arch/arm/Makefile
203 SRCARCH := $(ARCH) =arm

进入arch/arm/Makefile
299 BOOT_TARGETS = zImage Image xipImage bootpImage uImage

304 $(BOOT_TARGETS): vmlinux
305 $(Q)$(MAKE) $(build)=$(boot) MACHINE=$(MACHINE) $(boot)/$@ ==> arch/arm/boot/uImage

make -p生成工程目录下的全局变量
62 Q = @ 272 MAKE = make
Makefile中 @make $(build) make -C build的路径 执行指定路径下的Makefile
291 boot := arch/arm/boot

233 MACHINE := arch/arm/mach-$(word 1,$(machine-y))/
155 machine-$(CONFIG_ARCH_EXYNOS) += exynos (在配置文件.config中)
MACHINE=arch/arm/mach-exynos

make -C arch/arm/boot MACHINE=arch/arm/mach-exynos arch/arm/boot/uImage

进入arch/arm/boot/Makefile中

15 include $(srctree)/$(MACHINE)/Makefile.boot ==> arch/arm/mach-exynos/Makefile.boot
1 zreladdr-y += 0x40008000 uImage的启动地址
2 params_phys-y := 0x40000100 传参位置

obj 当前Makefile路径
78 $(obj)/uImage: $(obj)/zImage FORCE ==> 表示强制生成 uImage 生成需要zImage生成

54 $(obj)/zImage: $(obj)/compressed/vmlinux FORCE zImage生成需要arch/arm/boot/compressed/vmlinux

51 $(obj)/compressed/vmlinux: $(obj)/Image FORCE
52 $(Q)$(MAKE) $(build)=$(obj)/compressed $@

make -C arch/arm/boot/compressed/ arch/arm/boot/compressed/vmlinux

进入arch/arm/boot/compressed/Makefile

185 $(obj)/vmlinux: $(obj)/vmlinux.lds $(obj)/$(HEAD) $(obj)/piggy.$(suffix_y).o \
186 $(addprefix $(obj)/, $(OBJS)) $(lib1funcs) $(ashldi3) \
187 $(bswapsdi2) FORCE

vmlinux.lds 依赖于 vmlinux.lds.in 和 上层路径下的Makefile 和kconfig
25 HEAD = head.o （由当前目录下的head.S生成）
86 suffix_$(CONFIG_KERNEL_GZIP) = gzip
piggy.gzip.o 指的就是gzip压缩 压缩代码

195 $(obj)/piggy.$(suffix_y).o: $(obj)/piggy.$(suffix_y) FORCE
192 $(obj)/piggy.$(suffix_y): $(obj)/../Image FORCE piggy.gzip.o 生成是依赖于上层路径下的Image

addprefix 进行拼接路径
OBJS 需要的目标库文件(很多)
lib1funcs 功能相关库文件
148 lib1funcs = $(obj)/lib1funcs.o
154 ashldi3 = $(obj)/ashldi3.o 与工具链相关
160 bswapsdi2 = $(obj)/bswapsdi2.o 与压缩格式相关代码

回到arch/arm/boot/Makefile
47 $(obj)/Image: vmlinux FORCE 表示的是顶层路径下的vmlinux

回到顶层路径下的Makefile
817 vmlinux: scripts/link-vmlinux.sh $(vmlinux-deps) FORCE
809 vmlinux-deps := $(KBUILD_LDS) $(KBUILD_VMLINUX_INIT) $(KBUILD_VMLINUX_MAIN)
802 export KBUILD_VMLINUX_INIT := $(head-y) $(init-y)
803 export KBUILD_VMLINUX_MAIN := $(core-y) $(libs-y) $(drivers-y) $(net-y) 全部包含
804 export KBUILD_LDS := arch/$(SRCARCH)/kernel/vmlinux.lds

530 init-y := init/
531 drivers-y := drivers/ sound/ firmware/
532 net-y := net/
533 libs-y := lib/
534 core-y := usr/

head-y = head.o（arch/arm/kernel/head.S生成的文件） 启动的第一个文件
KBUILD_LDS := arch/$(SRCARCH)/kernel/vmlinux.lds arch/arm/kernel/vmlinux.lds
就能生成我们所需的uImage

vmlinux.lds .lds链接脚本 生成vmlinux文件的工具
vmlinux 真正的内核程序
Image 经过第一次压缩
zImage 经过第二次压缩
uImage 使用了mkimage 添加头部，为了uboot的识别

vmlinux 60M （没有添加其他驱动，只是默认配置，实际添加过后应为70M左右）
Image 5M左右
zImage 2768232
uImage 2768296 uImage比zImage大64B 是由mkimage添加64B头部 此头部就是为了uboot进行识别来使用的头部（uboot的版本相关）

uboot加载内核后 uImage 读走头部 ——> zImage 进行decopressed Image ——> vmlinux (真正执行在开发板中的程序)

uImage的编译流程是启动流程的逆序

linux内核的启动流程
进入的是arch/arm/kernel/head.S

解压后进入内核执行(vmlinux) 说明了一些当前所处状态 0xc0008000是虚拟地址的起始位置 uImage执行位置0x40008000
__HEAD 开始位置
thumb指令 使能thumb指令集
CONFIG_的宏都在.config进行查找
89 bl __hyp_stub_install 设置异常向量表
将arm的工作模式设置成为svc模式
获取处理器id(真实处理器) r9 = cpuid
95 bl __lookup_processor_type 比较当前处理器id和预置的处理器id，确定是否支持当前处理器 （返回信息r5=procinfo r9=cpuid ）
进入arch/arm/kernel/head-common.S
153 adr r3, __lookup_processor_type_data 将__lookup_processor_type_data物理地址赋值给r3
174 __lookup_processor_type_data: 结构体
175 .long .
176 .long __proc_info_begin
177 .long __proc_info_end
154 ldmia r3, {r4 - r6} r4 = .(当前虚拟地址位置) r5 = __proc_info_begin（proc_info虚拟地址位置） r6 = __proc_info_end（虚拟地址位置）
155 sub r3, r3, r4 @ get offset between virt&phys r3 = 虚拟地址与物理地址的差值
156 add r5, r5, r3 @ convert virt addresses to r5 = proc_info_begin真实物理地址
157 add r6, r6, r3 @ physical address space r6 = proc_info_end 真实物理地址值
proc_info_begin指明的是arch/arm/include/asm/procinfo.h 下proc_info_list结构体的开始位置
30 unsigned int cpu_val; cpu预设值
31 unsigned int cpu_mask; cpu掩码
158 1: ldmia r5, {r3, r4} r3 = cpu_val r4 = cpu_mask（配置的cpuid）
159 and r4, r4, r9 r9（通过检测cp15协处理器得到真实cpu型号） 进行真实运行与配置的比较 r4 = 比较结果
teq r3，r4 比较结果与对应值相比
如果配置cpu的型号与当前运行的cpu型号相同，返回并此时r5 = proc_info_list结构体开始地址
回到arch/arm/kernel/head.S
r10 = r5
109 adr r3, 2f r3 = 当前物理地址位置
110 ldmia r3, {r4, r8} r4 = 当前虚拟地址 r8 = PAGE_OFFSET
111 sub r4, r3, r4 @ (PHYS_OFFSET - PAGE_OFFSET)
112 add r8, r8, r4 @ PHYS_OFFSET

148 2: .long . ( 当前预置虚拟地址)
149 .long PAGE_OFFSET (虚拟地址页偏移)
为了创建页表做准备

117 /*
118 * r1 = machine no, r2 = atags or dtb （传参方式，uboot阶段确定的）,
119 * r8 = phys_offset, r9 = cpuid, r10 = procinfo
120 */

121 bl __vet_atags （arch/arm/kernel/head-common.S ） 检测当前设备传参方式是那种 当前是设备树传参
检测创建页表的准备工作是否完成
128 bl __create_page_tables （创建页表）
从0xc0008000开始虚拟地址完成一部分地址映射，完成的4M地址映射，目的是为了后续开启MMU、cache、TLBS做准备
arch/arm/mm/proc-v7.S
Initialise TLB, Caches, and MMU state ready to switch the MMU on 完成了MMU、cache、tlb的初始化操作，为了开启mmu做准备
137 ldr r13, =__mmap_switched 要进行地址转换，但是前提是mmu开启
144 1: b __enable_mmu
441 mcr p15, 0, r5, c3, c0, 0 @ load domain access register
442 mcr p15, 0, r4, c2, c0, 0 @ load page table pointer 进行CP15协处理器设置，进行使能mmu
444 b __turn_mmu_on mmu开启
ldr r13, =__mmap_switched（arch/arm/kernel/head-common.S） 完成虚拟地址转换
81 adr r3, __mmap_switched_data
82
83 ldmia r3!, {r4, r5, r6, r7}
104 b start_kernel(完成了各种初始化任务)
||
\/
init/main.c
asmlinkage 表示进行编译器优化
初始化死锁hash表，对分区进行锁定；防止堆栈溢出；
使能中断；
509 setup_arch(&command_line); （arch/arm/kernel/setup.c ）
包含了所有传入参数的赋值，赋值给了machine_desc结构体（arch/arm/include/asm/mach/arch.h ）

分配传入启动参数(bootargs参数)；设置中断优先级；关闭中断原始优先级；初始化符号链接；
非法闯入报警；
581 console_init(); 串口显示，之前的打印内容将会保存到日志缓冲区中，初始化完成进行输出
652 rest_init();
382 kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND);
||
\/
kernel_init
840 kernel_init_freeable();
926 if (sys_access((const char __user *) ramdisk_execute_command, 0) != 0) {
927 ramdisk_execute_command = NULL;
928 prepare_namespace();
||
\/
init/do_mounts.c
589 mount_root();
509 if (ROOT_DEV（nfs机制是当做载体） == Root_NFS) {
510 if (mount_nfs_root())
459 err = do_mount_root(root_dev, "nfs",root_mountflags, root_data);
362 int err = sys_mount(name, "/root", fs, flags, data);
这样完成了nfs文件系统的挂载，而最后进入最终的文件系统，系统启动完成

内核启动过程中
汇编阶段：地址转换，完成物理地址转换为虚拟地址，开启MMU、cache、tlb
c语言阶段：各种初始化，初始化完成后，开启线程，准备用户空间，挂载文件系统

设备树简述
定义：Device Tree是一种描述硬件的数据结构
设备树文件书写格式
/{
property（根节点）
node1{（子节点）
property
child_node{
property
};
};

node2{

};

};

节点中的内容就是需要的设备信息

dts 设备树源文件
dtsi 设备树头文件 （由多款板子共用同一个头文件，与soc相关）
dtb 设备树的可执行文件

根节点属性(用来描述当前板级结构)
model ：表示具体某一个machine
compatible：表示支持的一系列machine

子节点属性(描述当前节点设备)
node标注的值是确定的（驱动）
compatible：用来绑定一个驱动和设备
reg：可寻址设备用来表示编码地址信息

其他节点属性：参考Documentation/devicetree/bindings

设备树与machine_desc的关系
在内核启动过程中设备树中的信息被转换为machine_desc结构体(setup_arch函数中完成了我们的赋值任务)

作业：实验9、实验10