嵌入式linux启动信息完全注释.docx
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嵌入式linux启动信息完全注释
嵌入式linux启动信息完全注释
我们在这里讨论的是对嵌入式linux系统的启动过程的输出信息的注释，通过我们的讨论，大家会对嵌入式linux启动过程中出现的、以前感觉熟悉的、但却又似是而非的东西有一个确切的了解，并且能了解到这些输出信息的来龙去脉。
嵌入式linux的启动信息是一个很值得我们去好好研究的东西，它能将一幅缩影图呈现在我们面前，来指导我们更加深入地理解linux内核。
关键字：
linux，嵌入式，启动，bootloader
正文
作为一名嵌入系统开发者，你一定遇到过下面的情景：
在某论坛上看到一篇帖子，上面贴着嵌入式linux开发板启动时的有关信息，然后大家在帖子里讨论着这个启动过程中出现的问题，随机举例如下：
Linuxversion2.4.20-uc0（root@Local）（gccversion2.95.3
20010315（release）（ColdFirepatches-20010318from
http:
//f
（uClinuxXIPandsharedlibpatchesfrom
））#20三6月1
800:
58:
31CST2003
Processor:
SamsungS3C4510Brevision6
Architecture:
SNDS100
Onnode0totalpages:
4096
zone（0）:
0pages.
zone
（1）:
4096pages.
zone
（2）:
0pages.
Kernelcommandline:
root=/dev/rom0
Calibratingdelayloop...49.76BogoMIPS
Memory:
16MB=16MBtotal
Memory:
14348KBavailable（1615Kcode,156Kdata,40Kinit）
Dentrycachehashtableentries:
2048（order:
2,16384bytes）
Inodecachehashtableentries:
1024（order:
1,
Mount-cachehashtableentries:
512（order:
0,4096bytes）
Buffer-cachehashtableentries:
1024（order:
0,4096bytes）
Page-cachehashtableentries:
4096（order:
2,16384bytes）
POSIXconformancetestingbyUNIFIX
LinuxNET4.0forLinux2.4
BaseduponSwanseaUniversityComputerSocietyNET3.039
InitializingRTnetlinksocket
Startingkswapd
SamsungS3C4510Serialdriverversion0.9（2001-12-27）withnoserialoptionsen
abled
ttyS00at0x3ffd000（irq=5）isaS3C4510B
ttyS01at0x3ffe000（irq=7）isaS3C451
Blkmemcopyright1998,1999D.JeffDionne
Blkmemcopyright1998KennethAlbanowski
Blkmem1diskimages:
0:
BE558-1A5D57[VIRTUALBE558-1A5D57]（RO）
RAMDISKdriverinitialized:
16RAMdisksof1024Ksize1024blocksize
SamsungS3C4510Ethernetdriverversion0.1（2002-02-20）
eth0:
00:
40:
95:
36:
35:
34
NET4:
LinuxTCP/IP1.0forNET4.0
IPProtocols:
ICMP,UDP,TCP
IP:
routingcachehashtableof512buckets,4Kbytes
TCP:
Hashtablesconfigured（established1024bind1024）
VFS:
Mountedroot（romfs
Freeinginitmemory:
40K
上面的这些输出信息，也可能包括你自己正在做的嵌入式linux开发板的输出信息，其中的每一行，每一个字的含义，你是否深究过，或者说大部分的含义你能确切地知道的？
本人想在这里结合本人在实践中一些体会来和广大嵌入式linux的开发者一起读懂这些信息。
我们在这里将以一个真实的嵌入式linux系统的启动过程为例，来分析这些输出信息。
启动信息的原始内容将用标记标出，以区别与注释。
#P#
嵌入式linux的启动主要分为两个阶段：
① 第一部分bootloader启动阶段
② 第二部分linux内核初始化和启动阶段
第一节：
start_kernel
第二节：
用户模式（user_mode）开始，start_kernel结束
第三节：
加载linux内核完毕，转入cpu_idle进程
第一部分:
bootloader启动
Bootloaderv0.12
NOTE:
thisbootloaderisdesignedtobootkernelsmadewiththe
2.4.xxreleases
bootloaderforXV
BuiltatNov20200510:
12:
35
Bootloader头信息，版本，编译时间等，这个因不同的bootloader的设计而有所不同，由此你能看出bootloader的版本信息，有很多使用的是通用的bootloader，如u-boot，redboot等。
Loadedto0x90060000
将bootloader加载到内存ram中的0x90060000处，即将bootloader加载到内存的高端地址处。
Linux内核将被bootloader加载到0x90090000处。
Foundbootconfiguration
查找到了启动boot的配置信息
Bootedfromparallelflash
从flash中启动代码，此处的flash为并行闪存。
Flash的分类列举如下：
闪存分三类：
并行，串行，不可擦除。
①并行Parallelflash
NORFlash，Intel于1988年发明．随机读取的速度比较快，随机按字节写，每次可以传输8Bit。
一般适合应用于数据/程序的存贮应用中．NOR还可以片内执行（execute-in-place）XIP．写入和擦除速度很低。
NANDFlash，1989年，东芝公司发明．是以块和页为单位来读写的，不能随机访问某个指定的点.因而相对来说读取速度较慢，而擦除和写入的速度则比较快,每次可以传输16Bit,一般适用在大容量的多媒体应用中，容量大。
如：
CF，SM.
②串行SerialFlash是以字节进行传输的，每次可以传输1-2Bit.如：
MMC,SD,MS卡．串行闪存器件体积小，引脚也少，成本相对也更低廉。
③不可擦除MaskRomFlash的特点是一次性录入数据，具有不可更改性，经常运用于游戏和需版权保护文件等的录入。
其显著特点是成本低。
注意：
任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除。
NAND器件执行擦除操作是十分简单的，而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为0。
从上面的信息，我们可以对flash类型特点有个比较明确的了解。
CPUclockrate:
200MHz
开发板上所使用的CPU的主频为200MHZ．
DRAMsizeis128MB（128MB/0MB）
动态内存ram大小为128M。
这里我们列举一下内存的类型及工作原理。
根据内存的工作原理可以划分出两种内存：
DRAM和SRAM
①DRAM表示动态随机存取存储器。
这是一种以电荷形式进行存储的半导体存储器。
DRAM中的每个存储单元由一个晶体管和一个电容器组成。
数据存储在电容器中。
电容器会由于漏电而导致电荷丢失，因而DRAM器件是不稳定的。
为了将数据保存在存储器中，DRAM器件必须有规律地进行刷新。
②SRAM是静态的，因此只要供电它就会保持一个值。
一般而言，SRAM比DRAM要快，这是因为SRAM没有刷新周期。
每个SRAM存储单元由6个晶体管组成，而DRAM存储单元由一个晶体管和一个电容器组成。
相比而言，DRAM比SRAM每个存储单元的成本要高。
照此推理，可以断定在给定的固定区域内DRAM的密度比SRAM的密度要大。
SRAM常常用于高速缓冲存储器，因为它有更高的速率；而DRAM常常用于PC中的主存储器，因为其拥有更高的密度。
在嵌入式系统中使用DRAM内存的设计比较广泛。
地址辅助说明：
先说明一下内存地址数字情况，主要是为了方便记忆。
可以访问的内存为4G。
0x40000000是1GB处；0x00040000是256K处，0x00020000是128K处，0x90000000是2GB多的地方。
1M->0x00100000,
2M->0x00200000,
8M->0x00800000
16M->0x01000000,
32M->0x02000000
256M->0x10000000
64K->0x00010000
4K->0x00001000
这个是个快速记忆的方法，你可以根据地址中1的位置和其后0的个数来快速知道换算后的地址是在多少兆的地方。
比如，1的后面5个0，代表1M的大小，6个0，代表16M，以此类推。
ROMFSfoundat0x46040000,Volumename=rom43f291aa
romfs,只读文件系统所在的地址为：
0x46040000（flash映射后的第3分区）。
卷名为rom。
romfs和rootfs概念上有所区别。
flash在内存中的的起始地址为0x46000000,而ROMFS在flash分区上的起始位置为0x00040000，所以ROMFS在内存地址中的位置就为0x46040000。
这个细节的部分可以参考flash分区时的地方，Creating3MTDpartitions。
romfs中包括kernel和app应用，不包括bootloader和firmware信息头。
romfs只读文件系统里的内容有很多种分类方法，我们可以将kernel和app同时放里面，作为根文件系统下的一个文件，也可以在flash上另外划分区域来分别存放。
VFS虚拟文件系统交换器
在linux系统中，目前已经开发出多种文件系统，那么如何让这些文件系统能共存在一个系统中呢，从linux2.0开始，引入了虚拟文件系统管理器VFS的概念。
Linux下的文件系统主要可分为三大块：
① 一是上层的文件系统的系统调用，
② 二是虚拟文件系统交换器VFS（VirtualFilesystemSwitch），
③ 三是挂载到VFS中的各实际文件系统，例如ext2，jffs等。
VFS的确切叫法是VirtualFilesystemSwitch虚拟文件系统交换器，这里的VFS中的“S”是指的switch，这个需要强调一下的，它很容易被混淆成“system”，如果理解成“system”将是不正确的，请多加注意。
VFS是具体文件系统filesystem的一个管理器。
VFS是Linux内核中的一个软件层，一种软件机制，它也提供了内核中的一个抽象功能，允许不同的文件系统共存，可以称它为Linux的文件系统管理者，与它相关的数据结构只存在于物理内存当中。
所以在每次系统初始化期间，Linux都首先要在内存当中构造一棵VFS的目录树。
VFS中的各目录其主要用途是用来提供实际文件系统的挂载点。
而rootfs将是这个目录树的根结点的（root），即"/"目录，VFS的结构就是从这个rootfs开始的。
有了VFS，那么对文件的操作将使用统一的接口，将来通过文件系统调用对VFS发起的文件操作等指令将被rootfs文件系统中相应的函数接口所接管。
注意：
rootfs并不是一个具体的文件系统类型，如jffs。
它只是一个理论上的概念。
在具体的嵌入系统实例中，可以将某种具体的文件系统设置为根文件系统rootfs，如我们可以设置romfs为根文件系统，也可以设置jffs为根文件系统。
这里的ROMFS只读文件系统只是一种具体的文件系统类型，也是在嵌入系统中经常使用到的类型。
看完了上面的内容，以后你对出现的类似“kernelPanic:
VFS:
Unabletomountrootfson0:
00”的含义应该已经了解了。
其中“VFS:
”就是虚拟文件系统管理器操作时的输出信息了。
Filelinux.bin.gzfound
linuxkernel内核文件名，它是在只读文件系统romfs上的一个组成部分。
Unzippingimagefrom0x4639DE60to0x90090000,size=1316021
将romfs中的linuxkernel解压缩到0x90090000,之后会从这个内存地址启动内核。
romfs为压缩格式文件,使用压缩的只读文件系统，是为了保持制作出来的整个系统所占用的flash空间减小。
这个内核的大小为1.3M左右，这也是目前大多数嵌入系统所使用的方法。
Inptr=0x00000014（20）
Inflating....
释放，解压中。
。
。
（变大，充气,膨胀）
Outcnt=0x0030e7c8（3205064）
FinalInptr=0x001414ad（1316013）
OriginalCRC=0xcbd73adb
ComputedCRC=0xcbd73adb
做释放后的CRC检查
Bootkernelat0x90090000withROMFSat0x46040000
kernel已经被从romfs中释放到内存地址0x90090000处，可以跳转到此处启动kernel了，这里是指定的kernel的起始地址
Press'enter'toboot
系统等待启动，后面将看到linuxkernel的启动过程了。
#P#
第二部分:
linux内核初始化以及启动
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
]
Linuxversion2.4.22-uc0（root@local）（gccversion2.95.320010315（release））#33.?
1..2012:
09:
106
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
linuxsourcecode代码中start_kernel中输出的linux_banner信息。
这个信息是每个linuxkernel都会打印一下的信息，如果你没有把这句去掉的话。
Foundbootloadermemorymapat0x10000fc0.
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。
Processor:
ARMpt110revision0
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。
Onnode0totalpages:
20480
zone（0）:
20480pages.
zone（0）:
Setminimummemorythresholdto12288KB
Warning:
wrongzonealignment（0x90080000,0x0000000c,0x00001000）
zone
（1）:
0pages.
zone
（2）:
0pages.
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
Kernelcommandline:
root=/dev/mtdblock3
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。
Console:
colourdummydevice80x30
代码中console_init（）的输出信息,显示控制台属性：
一般使用VGAtextconsole，标准是80X25行列的文本控制台，这里是对属性进行了设置。
serial_xx:
setup_console@115
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。
Calibratingdelayloop...82.94BogoMIPS
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linusTorvalds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]
Memory:
80MB=80MBtotal
Memory:
76592KBavailable（1724Kcode,2565Kdata,72Kinit）
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（）
Dentrycachehashtableentries:
16384（order:
5,131072bytes）
Inodecachehashtableentries:
8192（order:
4,65536bytes）
Mountcachehashtableentries:
512（order:
0,4096bytes）
Buffercachehashtableentries:
4096（order:
2,16384bytes）
Page-cachehashtableentries:
32768（order:
5,131072bytes）
名词：
① Dentry：
目录数据结构
② Inode：
i节点
③ Mountcache：
文件系统加载缓冲
④ buffercache：
内存缓冲区
⑤ PageCache：
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；
buffercache内存缓冲区，类似kupdated，用来在内存与磁盘间做缓冲处理；
PageCache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（virtualfilesystemswitch）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。
POSIXconformancetestingbyUNIFIX
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FIPS151-2证书的Linux系统.这种技术用于Unifix的发行版UnifixLinux2.0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。
#P#
第二节：
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