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uClinux

uClinux 启动过程详细分析　

推荐

uclinux启动的详细过程有着诸多的信息可以给我们巨大的启发，我们在这里讨论的就是要对这些信息做一个具体细致的分析，通过我们的讨论，大家会对uclinux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。

uclinux的启动过程，它是一幅缩影图，对它有了一个详细的了解后，有助于指导我们更加深入地了解uclinux的核心。

大家对uclinux的启动应该都比较熟悉，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uclinux开发板启动时的一堆信息，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-uc1（root@Local）（gccversion2.95.3

20010315（release）（ColdFirepatches-20010318fromhttp:

//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:

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

Blkmem1diskimages:

BE558-1A5D57[VIRTUALBE558-1A5D57]（RO）

RAMDISKdriverinitialized:

16RAMdisksof1024Ksize1024blocksize

SamsungS3C4510Ethernetdriverversion0.1（2002-02-20）

eth0:

00:

40:

95:

36:

35:

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uclinux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uclinux的开发者一起读懂这些信息。

我们在这里将以一个真实的uclinux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。

uclinux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

∙

o第一节：

start_kernel

o第二节：

用户模式（user_mode）开始，start_kernel结束

o第三节：

加载linux内核完毕，转入cpu_idle进程

第一部分:

bootloader启动

图1：

uclinux启动状态转移示意图

Bootloaderv0.12

NOTE:

thisbootloaderisdesignedtobootkernelsmadewiththe

2.4.xxreleases

bootloaderforXV

BuiltatNov20200510:

12:

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

Flash的分类列举如下，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。

在嵌入式系统中使用DRAM内存的设计比较广泛。

在uclinux的系统中，系统运行时间较长后，会出现内存碎片的问题，导致再分配大块内存时会失败。

这是在uclinux系统中经常遇到的问题，解决的办法通常有使用静态内存、应用程序启动时预先分配大内存、使用内存池等。

地址辅助说明：

内存的类型及工作原理

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。

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……

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。

回页首

第二部分:

linux内核初始化以及启动

回页首

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：

图2：

kernelstartup初始化过程

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。

uclinux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

Bogomips

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。

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。

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：

∙①Dentry：

目录数据结构

∙②Inode：

i节点

∙③Mountcache：

文件系统加载缓冲

∙④buffercache：

内存缓冲区

∙⑤PageCache：

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；

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

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