Linux BSP实战课（SoC bringup篇）：Kernel 的初始化过程

最全最详细的Linux BSP 实战教程，共100篇，包含SOC Bringup, Uboot, 内核启动, 中断, 时钟, 电源, GPIO, DMA, 低速总线, 高速总线, 音频, 显示, 摄像头, 网络驱动等；博主创建了专门的专栏技术讨论群，以及免费的ChatGPT使用，和大佬们一起讨论实战；经过两年的输出和完善打磨，将碎片化的知识进行整理；通过图文并茂的方式浅入深出。

内核运行的第一行代码

.head.text 文本段

Head.S

start_kernel

setup_arch

mm_init

sched_init

init_IRQ

tick_init

init_timers

hrtimers_init

softirq_init

time_init

console_init

vfs_caches_init

rest_init

上文我们讲到，内核中各个阶段的初始化非常重要，涉及内容很多，比如内存管理，进程管理，文件系统，中断管理，时钟管理等。就算浅尝辄止的描述每个模块，至少也要一万字的总结，所以内核的重要程度很有必要单独作为一章梳理。

让我们一起正式进入内核的世界，站在内核的角度，内核之前的所有程序都是系统引导程序，其中 CPU 的状态如下：

r0 = 0.

r1 = CPU 类型.

r2 = kernel参数list的物理地址.

irq & fiq 必须关闭.

MMU 必须关闭，这里内存地址都是物理地址.

D-cache 必须关闭，I-cache 没有要求.

内核运行的第一行代码

Linux启动，会启动内核编译后的文件 vmlinux，vmlinux 是一个 ELF 文件，按照 ./arch/arm64/kernel/vmlinux.lds 设定的规则进行链接，vmlinux.lds 是 vmlinux.lds.S 编译之后生成的。所以为了确定 vmlinux 内核的起始地址， 首先通过 vmlinux.lds.S 链接脚本进行分析。如下所示：

$ readelf -h vmlinux
ELF Header:
  Magic:   7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  Class:                             ELF64
  Data:                              2's complement, little endian
  Version:                           1 (current)
  OS/ABI:                            UNIX - System V
  ABI Version:                       0
  Type:                              DYN (Shared object file)
  Machine:                           AArch64
  Version:                           0x1
  Entry point address:               0xffff800010000000
  Start of program headers:          64 (bytes into file)
  Start of section headers:          494679672 (bytes into file)
  Flags:                             0x0
  Size of this header:               64 (bytes)
  Size of program headers:           56 (bytes)
  Number of program headers:         5
  Size of section headers:           64 (bytes)
  Number of section headers:         38
  Section header string table index: 37

$ readelf -l vmlinux

Elf file type is DYN (Shared object file)
Entry point 0xffff800010000000
There are 5 program headers, starting at offset 64

Program Headers:
  Type           Offset             VirtAddr           PhysAddr
                 FileSiz            MemSiz              Flags  Align
  LOAD           0x0000000000010000 0xffff800010000000 0xffff800010000000
                 0x0000000001beacdc 0x0000000001beacdc  RWE    10000
  LOAD           0x0000000001c00000 0xffff800011c00000 0xffff800011c00000
                 0x00000000000c899c 0x00000000000c899c  R E    10000
  LOAD           0x0000000001cd0000 0xffff800011cd0000 0xffff800011cd0000
                 0x0000000000876200 0x0000000000905794  RW     10000
  NOTE           0x0000000001bfaca0 0xffff800011beaca0 0xffff800011beaca0
                 0x000000000000003c 0x000000000000003c  R      4
  GNU_STACK      0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
                 0x0000000000000000 0x0000000000000000  RW     10

 Section to Segment mapping:
  Segment Sections...
   00     .head.text .text .got.plt .rodata .pci_fixup __ksymtab __ksymtab_gpl __ksymtab_strings __param __modver __ex_table .notes
   01     .init.text .exit.text .altinstructions
   02     .init.data .data..percpu .hyp.data..percpu .rela.dyn .data __bug_table .mmuoff.data.write .mmuoff.data.read .pecoff_edata_padding .bss
   03     .notes
   04

通过上面的查询可知，此 vmlinux 为一个 aarch64 架构平台的 ELF 可执行文件，其程序入口的地址为 0xffff800010000000，此段对应的 section 为.head.text .text .got.plt......，所以 vmlinux 的入口在 .head.text 文本段。