在Linux移植之内核启动过程start_kernel函数简析中已经指出了start_kernel函数的调用层次,这篇主要是对具体的tag参数列表进行解析。
1、内存参数ATAG_MEM参数解析
2、命令行参数ATAG_CMDLINE解析,以传入的命令参数bootargs=noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0为列:
1)、noinitrd参数解析过程,当你没有使用ramdisk启动系统的时候,你需要使用noinitrd这个参数,但是如果使用了的话,就需要指定initrd=r_addr,size, r_addr表示initrd在内存中的位置,size表示initrd的大小。
2)、root=/dev/mtdblock3参数解析过程
3)、init=/linuxrc参数解析过程
4)、 console=ttySAC0参数解析过程
start_kernel
setup_arch //解析UBOOT传入的启动参数
setup_command_line //解析UBOOT传入的启动参数
do_early_param //解析early参数,uboot中没传这个参数
unknown_bootoption//解析到了命令行参数,saved_root_name在这块初始化
console_init();//控制台初始化
rest_init
kernel_thread
kernel_init
prepare_namespace //解析命令行参数解析成功挂接在哪个分区
mount_root//挂接根文件系统
init_post
//执行应用程序
1、内存参数ATAG_MEM参数解析
看到arch\arm\kernel\Setup.c文件,在setup_arch函数里看到如下几行,首先根据内核启动时第一阶段得到的machine_arch_type,取得mdesc结构体,这个结构体在Linux移植之内核启动过程引导阶段分析已经介绍过,这里主要关心的是boot_params参数,里面存放的是tag参数列表的存放地址,然后将取得的物理地址转换为虚拟地址供后面使用tag。
776 console_init();//控制台初始化
777 arch\arm\kernel\Setup.c
778
779 setup_processor();//设置处理器相关的一些设置
780 mdesc = setup_machine(machine_arch_type);//获得开发板的machine_desc结构
781 machine_name = mdesc->name;//取得开发板的名称
782
783 if (mdesc->soft_reboot)
784 reboot_setup("s");
785
786 if (mdesc->boot_params)//确定uboot传入的启动参数的地址
787 tags = phys_to_virt(mdesc->boot_params);//将启动参数的物理地址转换为虚拟地址
setup_arch函数继续往下看
109 static struct meminfo meminfo __initdata = { 0, };
798 if (tags->hdr.tag == ATAG_CORE) {//ATAG_CORE为tag标记列表的开始
799 if (meminfo.nr_banks != 0)//如果已经在内核中定义了meminfo结构
780 squash_mem_tags(tags);//则忽略内存tag
781 parse_tags(tags);//解释每个tag
782 }
其中meminfo就是处理完ATAG_MEN参数后,将里面的内容放去meninfo中,它的结构定义在include\asm-arm\Setup.h 中
207 struct meminfo {
208 int nr_banks;
209 struct membank bank[NR_BANKS];
210 };
接着继续看parse_tags函数,它也位于arch\arm\kernel\Setup.c中
733 static void __init parse_tags(const struct tag *t)
734 {
735 for (; t->hdr.size; t = tag_next(t))//循环取出tag列表,然后处理
736 if (!parse_tag(t)) //处理取出的tag列表
737 printk(KERN_WARNING
738 "Ignoring unrecognised tag 0x%08x\n",
739 t->hdr.tag);
740 }
接着分析parse_tag函数,它同样位于arch\arm\kernel\Setup.c中
715 static int __init parse_tag(const struct tag *tag)
716 {
717 extern struct tagtable __tagtable_begin, __tagtable_end;
718 struct tagtable *t;
719
720 for (t = &__tagtable_begin; t < &__tagtable_end; t++)//从.taglist.init段找出符合的处理tag列表的结构
721 if (tag->hdr.tag == t->tag) {//找到符合的tag
722 t->parse(tag);//调用相应的处理tag的函数处理
723 break;
724 }
725
726 return t < &__tagtable_end;//t<&__tagtable_end说明找到了tag
727 }
parse_tag会从.taglist.init段找出符合的tag,然后调用相应的处理函数处理。tagtable 的结构如下,它位于include\asm-arm\Setup.h 中
171 struct tagtable {
172 __u32 tag;//处理的tag值
173 int (*parse)(const struct tag *);//处理函数
174 };
我们需要的是处理ATAG_MEN参数的函数,搜搜ATAG_MEN,在arch\arm\kernel\Setup.c中找到了parse_tag_mem32处理ATAG_MEN参数的函数。它的功能就是取出内存的开始地址与大小信息后存放在meminfo结构中
614 static int __init parse_tag_mem32(const struct tag *tag)
615 {
616 if (meminfo.nr_banks >= NR_BANKS) {
617 printk(KERN_WARNING
618 "Ignoring memory bank 0x%08x size %dKB\n",
619 tag->u.mem.start, tag->u.mem.size / 1024);
620 return -EINVAL;
621 }
622 arm_add_memory(tag->u.mem.start, tag->u.mem.size);//取出内存的开始地址与大小信息后存放在meminfo结构中
623 return 0;
624 }
625
626 __tagtable(ATAG_MEM, parse_tag_mem32);//解析ATAG_MEM列表,函数为parse_tag_mem32
再看到__tagtable,同样位于include\asm-arm\Setup.h中。主要就是将tagtable 这个结构体放在.taglist.init段
188 #define __tag __used __attribute__((__section__(".taglist.init")))
189 #define __tagtable(tag, fn) \
190 static struct tagtable __tagtable_##fn __tag = { tag, fn }
到这里就分析完了tag列表中ATAG_MEM参数的处理,接下去分析ATAG_CMDLINE参数的处理。
2、命令行参数ATAG_CMDLINE解析
找到与ATAG_CMDLINE参数的过程与前面ATAG_MEM参数一样的流程就不分析了,直接找到处理ATAG_CMDLINE参数的函数,它位于arch\arm\kernel\Setup.c中。它只是简单的将tag->u.cmdline.cmdline的内容复制到default_command_line中。
702 static int __init parse_tag_cmdline(const struct tag *tag)
703 {
704 strlcpy(default_command_line, tag->u.cmdline.cmdline, COMMAND_LINE_SIZE);//简单的将tag的内容复制到字符串default_command_line中
705 return 0;
706 }
707
708 __tagtable(ATAG_CMDLINE, parse_tag_cmdline);
接着看到default_command_line,它定义在arch\arm\kernel\Setup.c中,它的大小为1024字节
114 static char default_command_line[COMMAND_LINE_SIZE] __initdata = CONFIG_CMDLINE;
它初始化为CONFIG_CMDLINE,位于include\linux\Autoconf.h中
374 #define CONFIG_CMDLINE "root=/dev/hda1 ro init=/bin/bash console=ttySAC0"
所以拷贝之后
default_command_line[] = "noinitrd root=/dev/mtdblock3 init=/linuxrc console=ttySAC0"
继续往下看default_command_line,在arch\arm\kernel\Setup.c下的setup_arch函数中:其中parse_cmdline是对位于.early_param.init段的内容进行前期的初始化。相应的命令有:cachepolicy=、nocache、nowb、ecc=、initrd=、mem=等等,我们的参数没有涉及到这类命令,所以不去细细的分析这个函数了。
809 memcpy(boot_command_line, from, COMMAND_LINE_SIZE);//form指向default_command_line,将default_command_line中的内容拷贝到boot_command_line中
810 boot_command_line[COMMAND_LINE_SIZE-1] = '\0';//以'\0'结束字符串
811 parse_cmdline(cmdline_p, from);//对位于.early_param.init段命令进行一些先期的处理
812 paging_init(&meminfo, mdesc);//重新初始化页表
813 request_standard_resources(&meminfo, mdesc);//资源的初始化
接着看到paging_init这个函数,这个函数调用了meminfo这个从ATAG_MEM取得的参数以及mdesc我们按照以下调用层次分析
paging_init
devicemaps_init //设备maps初始化
mdesc->map_io //调用map_io函数初始化
在arch\arm\mach-s3c2440\Mach-smdk2440.c中找到mdesc这个结构
339 MACHINE_START(S3C2440, "SMDK2440")
340 /* Maintainer: Ben Dooks <ben@fluff.org> */
341 .phys_io = S3C2410_PA_UART,
342 .io_pg_offst = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,
343 .boot_params = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,
344
345 .init_irq = s3c24xx_init_irq,
346 .map_io = smdk2440_map_io,
347 .init_machine = smdk2440_machine_init,
348 .timer = &s3c24xx_timer,
349 MACHINE_END
其中smdk2440_map_io就等要调用的函数,它同样位于arch\arm\mach-s3c2440\Mach-smdk2440.c下,可以看到这里修改过晶振的值。
324 static void __init smdk2440_map_io(void)
325 {
326 s3c24xx_init_io(smdk2440_iodesc, ARRAY_SIZE(smdk2440_iodesc));
327 s3c24xx_init_clocks(12000000);//根据开发板合适的晶振配置
328 s3c24xx_init_uarts(smdk2440_uartcfgs, ARRAY_SIZE(smdk2440_uartcfgs));
329 }
继续分析UBOOT传入的需要解析的参数:
1)、noinitrd参数解析过程
当没有使用ramdisk启动系统的时候,你需要使用noinitrd这个参数,但是如果使用了的话,就需要指定initrd=r_addr,size, r_addr表示initrd在内存中的位置,size表示initrd的大小。看到代码里面,位于init\Do_mounts_initrd.c下,可以看到处理函数只是简单的将mount_initrd 置为0,说明不支持ramdisk启动。
19 static int __init no_initrd(char *str)
20 {
21 mount_initrd = 0;
22 return 1;
23 }
24
25 __setup("noinitrd", no_initrd);
接着分析一下__setup的定义,看到include\linux\Init.h里面有它的定义。
160 #define __setup_param(str, unique_id, fn, early) \
161 static char __setup_str_##unique_id[] __initdata = str; \
162 static struct obs_kernel_param __setup_##unique_id \
163 __attribute_used__ \
164 __attribute__((__section__(".init.setup"))) \
165 __attribute__((aligned((sizeof(long))))) \
166 = { __setup_str_##unique_id, fn, early }
167
168 #define __setup_null_param(str, unique_id) \
169 __setup_param(str, unique_id, NULL, 0)
170
171 #define __setup(str, fn) \
172 __setup_param(str, fn, fn, 0)
先看__setup_param。它定义了两个参数,一个是char型的字符串__setup_str_##unique_id,另外一个为obs_kernel_param 结构体,它位于include\linux\Init.h。obs_kernel_param 结构体位于
.init.setup段,它的str参数即为__setup_str_##unique_id。__setup宏调用__setup_param传入两个参数str与fn,代表命令行名字与处理函数。
148 struct obs_kernel_param {
149 const char *str;
150 int (*setup_func)(char *);
151 int early;
152 };
2)、root=/dev/mtdblock3参数解析过程
回到init\Main.c 中的start_kernel函数继续分析
525 setup_arch(&command_line);//返回的command_line是还未处理的命令行参数存放的首地址
526 setup_command_line(command_line);//static_command_line存放未处理的命令行参数,saved_command_line存放所有的命令行参数
544 printk(KERN_NOTICE "Kernel command line: %s\n", boot_command_line);//打印命令行参数
545 parse_early_param();//一些前期代码的初始化
546 parse_args("Booting kernel", static_command_line, __start___param,
547 __stop___param - __start___param,
548 &unknown_bootoption);//后续的命令处理
其中parse_early_param函数是对一些early属性的命令后做解析,它位于.early_param.init段,包括:cachepolicy=、nocache、nowb、ecc=、initrd=、mem=等等,我们的参数没有涉及到这类命令,所以不去细细的分析这个函数了。
重点关注parse_args函数,先分析函数的参数:
static_command_line :存放未处理的命令行参数首地址
__start___param : 内核参数的存放地址,它处于__param段
__stop___param - __start___param : 内核参数大小
unknown_bootoption : 处理函数
接着看到parse_args函数内部阶段,它位于kernel\Params.c 下,可以看到在这里会将所有命令行处理完成。
144 while (*args) {//循环处理剩余的命令行,直到全部处理完成
145 int ret;
146 int irq_was_disabled;
147
148 args = next_arg(args, ¶m, &val);//找出下一个命令行参数*param为命令名称,*val为参数值
149 irq_was_disabled = irqs_disabled();
150 ret = parse_one(param, val, params, num, unknown);//处理
接着看到处理函数parse_one,它位于kernel\Params.c 下。这里面还判断了一个内核的参数,我们传入的参数没有内核参数,内核参数存在于__param段,有:nousb、block2mtd_setup等等,我们传入的命令行参数没有内核参数,所以不关心
49 static int parse_one(char *param,
50 char *val,
51 struct kernel_param *params,
52 unsigned num_params,
53 int (*handle_unknown)(char *param, char *val))
54 {
55 unsigned int i;
56
57 /* Find parameter */
58 for (i = 0; i < num_params; i++) {//从__param段找出与命令行参数相同的名字
59 if (parameq(param, params[i].name)) {
60 DEBUGP("They are equal! Calling %p\n",
61 params[i].set);
62 return params[i].set(val, ¶ms[i]);//如果是内核的参数,那么直接传给内核参数,然后返回。
63 }
64 }
65
66 if (handle_unknown) {//如果不是内核的参数,并且处理函数存在
67 DEBUGP("Unknown argument: calling %p\n", handle_unknown);
68 return handle_unknown(param, val);//调用处理函数处理
69 }
70
71 DEBUGP("Unknown argument `%s'\n", param);
72 return
接着看到handle_unknown函数,即unknown_bootoption函数,它位于init\Main.c中,截取其中的一段程序
260 /* Change NUL term back to "=", to make "param" the whole string. */
261 if (val) {//如果val不为空,做一些处理
262 /* param=val or param="val"? */
263 if (val == param+strlen(param)+1)
264 val[-1] = '=';
265 else if (val == param+strlen(param)+2) {
266 val[-2] = '=';
267 memmove(val-1, val, strlen(val)+1);
268 val--;
269 } else
270 BUG();
271 }
272
273 /* Handle obsolete-style parameters */
274 if (obsolete_checksetup(param))
275 return 0;
接着看到obsolete_checksetup函数,它同样位于init\Main.c中,这个函数大致的意思就是在.init.setup中找到符合的命令行参数,如果不是前期已经处理的参数(即early值为0的参数,那么调用处理函数处理它。它由__setup宏定义或者__setup_null_param宏定义(这两个宏定义前面已经介绍过了),搜索一下这两个宏定义,发现了__setup("root=", root_dev_setup);、__setup("init=", init_setup);、__setup("console=", console_setup);都在这里面被处理。
190 static int __init obsolete_checksetup(char *line)
191 {
192 struct obs_kernel_param *p;
193 int had_early_param = 0;
194
195 p = __setup_start;//.init.setup的首地址
196 do {
197 int n = strlen(p->str);
198 if (!strncmp(line, p->str, n)) {//在.init.setup中寻找相符的命令行参数
199 if (p->early) {//如果early大于0,那么这个参数在前面已经处理过了
200 /* Already done in parse_early_param?
201 * (Needs exact match on param part).
202 * Keep iterating, as we can have early
203 * params and __setups of same names 8( */
204 if (line[n] == '\0' || line[n] == '=')
205 had_early_param = 1;
206 } else if (!p->setup_func) {//如果处理函数不存在,则报错
207 printk(KERN_WARNING "Parameter %s is obsolete,"
208 " ignored\n", p->str);
209 return 1;
210 } else if (p->setup_func(line + n))//调用处理函数处理
211 return 1;
212 }
213 p++;
214 } while (p < __setup_end);
215
216 return had_early_param;
217 }
接着分析__setup("root=", root_dev_setup)宏,它位于kernel\Printk.c下,可以看到它调用的是root_dev_setup函数来处理root=参数,接着看root_dev_setup函数
211 static int __init root_dev_setup(char *line)
212 {
213 strlcpy(saved_root_name, line, sizeof(saved_root_name));
214 return 1;
215 }
216
217 __setup("root=", root_dev_setup);
可以看到它的处理函数直接将root命令行参数拷贝到saved_root_name里,接着搜索一下在哪里调用的saved_root_name。找到了在init\Do_mounts.c 中的prepare_namespace函数用到了它,这个函数的作用是挂接根文件系统的。列出部分代码:如何挂接根文件系统后面说明
430 if (saved_root_name[0]) {
431 root_device_name = saved_root_name;//将saved_root_name赋给root_device_name
432 if (!strncmp(root_device_name, "mtd", 3)) {
433 mount_block_root(root_device_name, root_mountflags);
434 goto out;
435 }
436 ROOT_DEV = name_to_dev_t(root_device_name);
437 if (strncmp(root_device_name, "/dev/", 5) == 0)
438 root_device_name += 5;
439 }
3)、init=/linuxrc参数解析过程
前面已经分析了命令行参数的提取过程,这里直接看到宏定义__setup("init=", init_setup)。处理init=参数的是init_setup函数,来到Init_setup函数,它位于
init\Main.c 中
315 static int __init init_setup(char *str)
316 {
317 unsigned int i;
318
319 execute_command = str;
320 /*
321 * In case LILO is going to boot us with default command line,
322 * it prepends "auto" before the whole cmdline which makes
323 * the shell think it should execute a script with such name.
324 * So we ignore all arguments entered _before_ init=... [MJ]
325 */
326 for (i = 1; i < MAX_INIT_ARGS; i++)
327 argv_init[i] = NULL;
328 return 1;
329 }
330 __setup("init=", init_setup);
可以看到init_setup函数直接将init=的命令行参数拷贝到execute_command 中,搜索execute_command ,在init\Main.c函数下找到了init_post函数,这是start_kernel函数最后调用的一个函数rest_init建立的一个进程函数。取出部分内容,可以看到execute_command是内核运行的根文件系统上的第一个进程
774 if (execute_command) {//如果存在execute_command进程
775 run_init_process(execute_command);运行execute_command进程
776 printk(KERN_WARNING "Failed to execute %s. Attempting "
777 "defaults...\n", execute_command);
778 }
4)、 console=ttySAC0参数解析过程
看到宏定义__setup("console=", console_setup);它位于kernel\Printk.c 中,console=参数调用的是console_setup处理它
655 static int __init console_setup(char *str)
656 {
657 char name[sizeof(console_cmdline[0].name)];
658 char *s, *options;
659 int idx;
660
661 /*
662 * Decode str into name, index, options.
663 */
664 if (str[0] >= '0' && str[0] <= '9') {//如果以数字0-9开头
665 strcpy(name, "ttyS");
666 strncpy(name + 4, str, sizeof(name) - 5);
667 } else {
668 strncpy(name, str, sizeof(name) - 1);//将str拷贝到name中,去除结束符
669 }
670 name[sizeof(name) - 1] = 0;
671 if ((options = strchr(str, ',')) != NULL)//如果参数中存在,的话。说明带波特率参数
672 *(options++) = 0;
673 #ifdef __sparc__
674 if (!strcmp(str, "ttya"))
675 strcpy(name, "ttyS0");
676 if (!strcmp(str, "ttyb"))
677 strcpy(name, "ttyS1");
678 #endif
679 for (s = name; *s; s++)
680 if ((*s >= '0' && *s <= '9') || *s == ',')
681 break;
682 idx = simple_strtoul(s, NULL, 10);//取出波特率参数,转换成整形
683 *s = 0;
684
685 add_preferred_console(name, idx, options);//将参数保存在console_cmdline中
686 return 1;
687 }
688 __setup("console=", console_setup);
struct console_cmdline
{
char name[8]; /* Name of the driver *///设备名称
int index; /* Minor dev. to use *///设备编号
char *options; /* Options for the driver *///设备选项
};
可以看到console_setup函数也只是将console=的参数解析后保存在console_cmdline而已,接着搜索console_cmdline。在start_kernel中有一个console_init函数,找到它的原型,在drivers\char\Tty_io.c 中找到了它
void __init console_init(void)
{
initcall_t *call;
/* Setup the default TTY line discipline. */
(void) tty_register_ldisc(N_TTY, &tty_ldisc_N_TTY);//设置默认控制台
/*
* set up the console device so that later boot sequences can
* inform about problems etc..
*/
call = __con_initcall_start;
while (call < __con_initcall_end) {//在.con_initcall.init段,寻找存在的控制台
(*call)();
call++;
}
}
可以看到这个函数的作用是调用.con_initcall.init中的所有存在函数,来注册控制台。在include\linux\Init.h 中找到了定义.con_initcall.init段的宏。
140 #define console_initcall(fn) \
141 static initcall_t __initcall_##fn \
142 __attribute_used__ __attribute__((__section__(".con_initcall.init")))=fn
搜索console_initcall宏。在drivers\serial\S3c2410.c 中找到了这个宏定义的函数
1950 console_initcall(s3c24xx_serial_initconsole);
截取s3c24xx_serial_initconsole函数内容
1994 s3c24xx_serial_init_ports(info);//控制台端口初始化
1995
1996 register_console(&s3c24xx_serial_console);//注册控制台
可以看到register_console函数中,s3c24xx_serial_console参数结构体的信息为
1901 static struct console s3c24xx_serial_console =
1902 {
1903 .name = S3C24XX_SERIAL_NAME,//控制台名称ttySAC
1904 .device = uart_console_device,//以后使用/dev/console时,用来构造设备节点
1905 .flags = CON_PRINTBUFFER,//控制台可以之前,printk已经在缓冲区打印了,CON_PRINTBUFFER表示可以打印以前的信息了
1906 .index = -1, //表示可以匹配任意序列号
1907 .write = s3c24xx_serial_console_write,//打印函数
1908 .setup = s3c24xx_serial_console_setup.//设置函数
1909 };
在看到register_console函数,它位于kernel\Printk.c 中,截取函数部分内容。
964 for (i = 0; i < MAX_CMDLINECONSOLES && console_cmdline[i].name[0];
965 i++) {
966 if (strcmp(console_cmdline[i].name, console->name) != 0)//新注册的控制台与console_cmdline是否匹配ttySAC0
967 continue;
968 if (console->index >= 0 &&
969 console->index != console_cmdline[i].index)
970 continue;
971 if (console->index < 0)//可以匹配任意的编号,比如是ttySAC0/1/2
972 console->index = console_cmdline[i].index;
973 if (console->setup &&
974 console->setup(console, console_cmdline[i].options) != 0)
975 break;
976 console->flags |= CON_ENABLED;
977 console->index = console_cmdline[i].index;
978 if (i == selected_console) {
979 console->flags |= CON_CONSDEV;
980 preferred_console = selected_console;
981 }
982 break;
983 }
1007 console->next = console_drivers->next;//将控制台放入console_drivers链表
1008 console_drivers->next = console;
以上内容概括为将新注册的控制台s3c24xx_serial_console与console_cmdline比较。如果比较成功,则继续向下运行。到了后面1007行、1008行则是将
s3c24xx_serial_console控制台放入console_drivers链表中。以后的prink信息就会从这个控制台输出。
到这里uboot传入的tag列表参数全部解析完成。