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zImage内核镜像解压过程详解

发布时间:2020-06-30 22:08:19 阅读: 来源:熔点仪厂家

本文以linux-2.6.14内核在S3C2410平台上运行为例,讲解内核的解压过程。

本文引用地址:内核编译完成后会生成zImage内核镜像文件。关于bootloader加载zImage到内核,并且跳转到zImage开始地址运行zImage的过程,相信大家都很容易理解。但对于zImage是如何解压的过程,就不是那么好理解了。本文将结合部分关键代码,讲解zImage的解压过程。

先看看zImage的组成吧。在内核编译完成后会在arch/ARM/boot/下生成zImage。

在arch/armboot/Makefile中:

$(obj)/zImage: $(obj)/compressed/vmlinux FORCE

$(call if_changed,objcopy)

由此可见,zImage的是elf格式的arch/arm/boot/compressed/vmlinux二进制化得到的

在arch/armboot/compressed/Makefile中:

$(obj)/vmlinux: $(obj)/s $(obj)/$(HEAD) $(obj)/piggy.o

$(addprefix $(obj)/, $(OBJS)) FORCE

$(call if_changed,ld)

$(obj)/: $(obj)/../Image FORCE

$(call if_changed,gzip)

$(obj)/piggy.o: $(obj)/ FORCE

其中Image是由内核顶层目录下的vmlinux二进制化后得到的。注意:arch/arm/boot/compressed/vmlinux是位置无关的,这个有助于理解后面的代码。,链接选项中有个 –fpic参数:

EXTRA_CFLAGS := -fpic

总结一下zImage的组成,它是由一个压缩后的内核piggy.o,连接上一段初始化及解压功能的代码(head.o misc.o),组成的。

下面就要看内核的启动了,那么内核是从什么地方开始运行的呢?这个当然要看lds文件啦。zImage的生成经历了两次大的链接过程:一次是顶层vmlinux的生成,由arch/arm/boot/s(这个lds文件是由arch/arm/kernel/s.S生成的)决定;另一次是arch/arm/boot/compressed/vmlinux的生成,是由arch/arm/boot/compressed/s(这个lds文件是由arch/arm/boot/compressed/生成的)决定。zImage的入口点应该由arch/arm/boot/compressed/s决定。从中可以看出入口点为‘_STart’

OUTPUT_ARCH(arm)

ENTRY(_start)

SECTI*

{

. = 0;

_text = .;

.text : {

_start = .;

*(.start)

*(.text)

……

}

在arch/arm/boot/compressed/head.S中找到入口点。

看看head.S会做些什么样的工作:

• 对于各种Arm CPU的DEBUG输出设定,通过定义宏来统一操作;

•设置kernel开始和结束地址,保存architecture ID;

• 如果在ARM2以上的CPU中,用的是普通用户模式,则升到超级用户模式,然后关中断

• 分析LC0结构delta offset,判断是否需要重载内核地址(r0存入偏移量,判断r0是否为零)。

•需要重载内核地址,将r0的偏移量加到BSS regiON和GOT table中的每一项。

对于位置无关的代码,程序是通过GOT表访问全局数据目标的,也就是说GOT表中中记录的是全局数据目标的绝对地址,所以其中的每一项也需要重载。

• 清空bss堆栈空间r2-r3

•建立C程序运行需要的缓存

•这时r2是缓存的结束地址,r4是kernel的最后执行地址,r5是kernel境象文件的开始地址

•用文件misc.c的函数decompress_kernel(),解压内核于缓存结束的地方(r2地址之后)。

可能大家看了上面的文字描述还是不清楚解压的动态过程。还是先用图表的方式描述下代码的搬运解压过程。然后再针对中间的一些关键过程阐述。

假定zImage在内存中的初始地址为0x30008000(这个地址由bootloader决定,位置不固定)

1、初始状态

2、head.S调用misc.c中的decompress_kernel刚解压完内核后

3、此时会将head.S中的部分代码重定位

4、跳转到重定位后的reloc_start处,由reloc_start至reloc_end的代码复制解压后的内核代码到0x30008000处,并调用call_kernel跳转到0x30008000处执行。

在通过head.S了解了动态过程后,大家可能会有几个问题:

问题1:zImage是如何知道自己最后的运行地址是0x30008000的?

问题2:调用decompress_kernel函数时,其4个参数是什么值及物理含义?

问题3:解压函数是如何确定代码中压缩内核位置的?

先回答第1个问题

这个地址的确定和Makefile和链接脚本有关,在arch/arm/Makefile文件中的

textaddr-y := 0xC0008000 这个是内核启动的虚拟地址

TEXTADDR := $(textaddr-y)

在arch/arm/mach-s3c2410/ot中

zreladdr-y := 0x30008000 这个就是zImage的运行地址了

在arch/arm/boot/Makefile文件中

ZRELADDR := $(zreladdr-y)

在arch/arm/boot/compressed/Makefile文件中

zreladdr=$(ZRELADDR)

在arch/arm/boot/compressed/Makefile中有

.word zreladdr @ r4

内核就是用这种方式让代码知道最终运行的位置的

接下来再回答第2个问题

decompress_kernel(ulg output_start, ulg free_mem_ptr_p, ulg free_mem_ptr_end_p,

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