Linux系统移植之Linux内核启动流程和移植

一，Linux顶层Makefile

1.主要功能

①配置内核，生成.config文件
②编译内核，根据配置编译内核镜像，模块和设备树
③进行清理，删除生成的文件
④对各个小文件内的Makfile实现综合控制

2.具体实现

①配置阶段，通过Kconfig生成.config文件
②编译阶段，根据.config文件确定需要编译的文件（一般是.c），然后通过gcc编译器将.c文件编译目标文件（.o），然后将各个小目录下目标文件先整合为build-in.o文件，再把各个目录下这种build-in.o文件链接到一块生成内核镜像文件（vmlinux），如果启用设备树，也要编译为设备树文件。
③进行清理，make clean删除生成的目标文件，内核镜像等
④多架构支持，ARCH指定目标架构arm,CROSS_COMPILE指定交叉编译器。

3.vmlinux,Image,zImage和uImage区别

①vmlinux:未压缩的内核镜像文件，编译后生成的原始文件，包含内核所有符号和调试信息，主要用于调试和分析，不用于启动，文件较大因为未压缩。
②Image：未压缩的可启动内核镜像，就是把vmlinux里面的调试信息去掉，保留可执行的二进制文件，用于不用压缩启动的情况。
③zImage：将Image压缩后，用于启动，文件小，适合存储和传输。
④uImage：对zImage用uboot处理，uImage包含uboot的头部信息，现在基本上不用这种方法。

二，Linux内核启动流程

内核初始化的工作：

1.先编译linux源码，生成vmlinux.lds链接脚本

  链接脚本中，找到linux内核第一行程序执行：

2.linux内核入口stext

  stext在文件 arch/arm/kernel/head.S 中，主要用于在linux内核启动前：①、关闭 MMU。②、关闭 D-cache。③、I-Cache 无所谓。④、r0=0。⑤、r1=machine nr(也就是机器 ID)。⑥、r2=atags 或者设备树(dtb)首地址。
  在stext中跳转到函数_enable_mmu,这个模块再调用_turn_mmu_on，再去调用函数_mmap_switched函数，这个是汇编的函数，最终这样一直连续跳转到start_kernel函数（C函数），从而由汇编转化为C函数，start_kernel通过调用众多的子函数来完成Linux启动前的初始化工作。

3.内核初始化最后阶段，用户空间第一个进程

  start_kernel最后调用函数rest_init函数，内核初始化的最后阶段，初始化进程，将内核态转到用户态，启动用户空间的第一个进程，通常是init进程。
①创建内核线程：创建一个内核线程来执行 kernel_init 函数，该函数负责启动用户空间的第一个进程（通常是 init 进程）。创建另一个内核线程来执行 kthreadd 函数，该函数负责管理内核线程的创建和销毁。
②启动调度器：调用 schedule_preempt_disabled 启用调度器，使系统能够进行任务调度。
③切换到空闲任务：调用 cpu_startup_entry 函数，使当前 CPU 进入空闲状态，等待调度器分配任务。

三，Linux内核移植

1.内核编译

  这个现在还不清楚为什么，在顶层Makefile中添加ARCH ?= arm，CROSS_COMPILE ?= arm_linux_gnueabihf-会一直报错，运行不了Makefile，最后只能在.sh脚本中添加编译器的路径，才能编译，也想过是不是文件夹放的位置太深，或者是gcc编译器放的位置不对，目前还是解决不了这个在Makefile添加问题。之前uboot就很正常，没有影响。
  执行.sh脚本后，生成①镜像文件zImage，②设备树文件imx6ull-14x14-evk.dtb。然后放到tftp文件夹下，在串口交互界面上执行下面指令，最后用bootz启动。  要记得修改bootargs，设置根文存储位置，便于VFS(虚拟文件系统)的挂载。

2.对NXP官方Linux内核修改

1.defconfig开发板默认配置文件

  arch/arm/configs路径下imx_v7_mfg_defconfig文件拷贝一份，设置为自己想用的名称，关闭内部V6架构设置。

2.设备树文件

  拷贝arch/arm/boot/dts/imx6ull-14x14-evk.dts,dts文件就是有关设备树的配置文件，linux内核编译时将dts文件编译为dtb文件。对其内部主要的修改有：设置编译出dtb文件名称。

3.主频和网络驱动修改

  ①.主频的修改主要是为了提升板子的性能，选用performence即最优性能，频率为792MHZ。

修改主频的话，修改刚才拷贝imx_v7_mfg_defconfig的文件内容即可。

②.网络驱动的修改，这个和uboot的原理基本上都一致，设置PYH的复位引脚并且设置ENET对应PYH的地址。
  设置好后，重新编译一下设备树文件和镜像文件（不要进行clean），直接编译defconfig文件和all -j12命令即可。然后将其用tftp工具传输到对应80800000和83000000地址，用网络启动内核，设置eth0的IP地址，与乌班图一个IP段，可以ping通。