嵌入式Linux操作系统启动信息完全注释

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1. fitness 于 2006-10-25 10:33:08发表:

   　　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linus Torvalds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:
   
   [code]mem_init(void), [arch/i386/mm/init.c]
   
   Memory: 80MB = 80MB total
   
   Memory: 76592KB available (1724K code, 2565K data, 72K init)[/code]
   
   　　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:
   
   [code]vfs_caches_init()
   
   Dentry cache hash table entries: 16384 (order: 5, 131072 bytes)
   
   Inode cache hash table entries: 8192 (order: 4, 65536 bytes)
   
   Mount cache hash table entries: 512 (order: 0, 4096 bytes)
   
   Buffer cache hash table entries: 4096 (order: 2, 16384 bytes)
   
   Page-cache hash table entries: 32768 (order: 5, 131072 bytes)[/code]
   
   　　名词：
   
   　　① Dentry：目录数据结构
   
   　　② Inode：i节点
   
   　　③ Mount cache：文件系统加载缓冲
   
   　　④ buffer cache：内存缓冲区
   
   　　⑤ Page Cache：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；
   
   　　buffer cache内存缓冲区，类似kupdated，用来在内存与磁盘间做缓冲处理；
   
   　　Page Cache 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（virtual filesystem switch）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。
   
   [code]POSIX conformance testing by UNIFIX[/code]
   
   　　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 FIPS 151-2 证书的 Linux 系统. 这种技术用于 Unifix 的发行版 Unifix Linux 2.0 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。

2. fitness 于 2006-10-25 10:32:02发表:

   　　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linux 2.0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(Virtual Filesystem Switch)，
   
   　　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Virtual Filesystem Switch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“kernel Panic:VFS:Unable to mount root fs on 0:00”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。
   
   [code]File linux.bin.gz found[/code]
   
   　　linux kernel内核文件名，它是在只读文件系统romfs上的一个组成部分。
   
   [code]Unzipping image from 0x4639DE60 to 0x90090000, size = 1316021[/code]
   
   　　将romfs中的linux kernel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。
   
   [code]Inptr = 0x00000014(20)
   
   Inflating....[/code]
   
   　　释放，解压中。。。（变大，充气, 膨胀）
   
   [code]Outcnt = 0x0030e7c8(3205064)
   
   Final Inptr = 0x001414ad(1316013)
   
   Original CRC = 0xcbd73adb
   
   Computed CRC = 0xcbd73adb[/code]
   
   　　做释放后的CRC检查:
   
   [code]Boot kernel at 0x90090000 with ROMFS at 0x46040000[/code]
   
   　　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
   
   [code]Press 'enter' to boot[/code]
   
   　　系统等待启动，后面将看到linux kernel的启动过程了。
   
   　　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：
   
   [code]page_address_init();
   
   sched_init();
   
   page_alloc_init();
   
   init_IRQ();
   
   softirq_init();
   
   console_init();
   
   calibrate_delay();
   
   vfs_caches_init(num_physpages);
   
   rest_init();[/code]
   
   [code]Linux version 2.4.22-uc0 (root@local)
   (gcc version 2.95.3 20010315 (release)) #33 .?1.. 20 12:09:106[/code]
   
   　　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,linux source code代码中start_kernel中输出的linux_banner信息。这个信息是每个linux kernel都会打印一下的信息，如果你没有把这句去掉的话:
   
   [code]Found bootloader memory map at 0x10000fc0.[/code]
   
   　　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。
   
   [code]Processor: ARM pt110 revision 0[/code]
   
   　　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。
   
   [code]On node 0 totalpages: 20480
   
   zone(0): 20480 pages.
   
   zone(0): Set minimum memory threshold to 12288KB
   
   Warning: wrong zone alignment (0x90080000, 0x0000000c, 0x00001000)
   
   zone(1): 0 pages.
   
   zone(2): 0 pages.[/code]
   
   　　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。
   
   [code]Kernel command line: root=/dev/mtdblock3[/code]
   
   　　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:
   
   [code]Console: colour dummy device 80x30[/code]
   
   　　代码中console_init()的输出信息, 显示控制台属性：一般使用VGA text console，标准是80 X 25行列的文本控制台，这里是对属性进行了设置。
   
   [code]serial_xx: setup_console @ 115[/code]
   
   　　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。
   
   [code]Calibrating delay loop... 82.94 BogoMIPS[/code]

3. fitness 于 2006-10-25 10:29:38发表:

   　　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:
   
   [code]1M->0x00100000,
   
   2M->0x00200000,
   
   8M->0x00800000
   
   16M->0x01000000,
   
   32M->0x02000000
   
   256M->0x10000000
   
   64K->0x00010000
   
   4K->0x00001000[/code]
   
   　　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:
   
   [code]ROMFS found at 0x46040000, Volume name = rom 43f291aa[/code]
   
   　　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，Creating 3 MTD partitions。
   
   　　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。