- Published on
linux驱动学习-bootloader01-从启动到进入核
- Authors
- Name
- i Joe
从bootloader到kernel
从启动到进入核需要事先做好几步准备。
- 初始化RAM
bootloader会事先初始化用于kernel的所有RAM的位置和大小，以便于内核的使用。
- 建立设备树
设备树的起始位置需要以8byte对齐，且DTB自身不能超过2mb，同时不能存放在一些特定被使用的内存。
- 解压内核镜像
AArch64 kernel 本身目前不提供 Image 解压器。如果使用 Image.gz 等压缩镜像，需要 bootloader 先解压；如果 bootloader 不支持，则直接使用未压缩的 Image。
- 调用内核镜像
对于解压后的内核镜像分两部分，一个是进入镜像的步骤，一个是进入镜像前的配置。
4.1 首先是进入镜像步骤
在内核镜像被解压后，会存在一个header，用于记录镜像的一些信息，同时数据都是以小端序存储。如下：
u32 code0; /* Executable code */
u32 code1; /* Executable code */
u64 text_offset; /* Image load offset, little endian */
u64 image_size; /* Effective Image size, little endian */
u64 flags; /* kernel flags, little endian */
u64 res2 = 0; /* reserved */
u64 res3 = 0; /* reserved */
u64 res4 = 0; /* reserved */
u32 magic = 0x644d5241; /* Magic number, little endian, "ARM\x64" */
u32 res5; /* reserved (used for PE COFF offset) */
(1) code0/code1：可执行指令，用来跳转到内核真正的早期入口 stext
(2) text_offset：保存的从base到内核的偏移量。
(3) image_size：内核的大小。其中如果大小为0，则(2)可以被bootloader假定为0x80000（这是早期老版本兼容规则）。反之，bootloader需使用给出的image_size和text_offset的值。
(4) res5：保存的是PE header的偏移，PE header保存了 EFI 的入口指针，然后执行EFI stub，再跳回code0，进入正常kernel boot。
4.2 然后是进入内核前的准备
(1) 关闭所有DMA设备，避免这些设备继续向内存写入数据，破坏kernel使用的内存。
(2) CPU普通寄存器：x0保存设备树的物理地址；x1~x3 = 0，保留给未来使用。
(3) 所有中断的类型由PSTATE.DAIF掩盖。所有CPU处于non-secure状态，无论EL2，还是EL1。其中，EL2 是 Hypervisor 所在的异常级，EL1 是通常运行 OS kernel 的异常级；ARM64 Linux 可以从 non-secure EL1 或 EL2 进入，官方推荐有条件时从 EL2 进入。
(4) MMU必须关闭
(5) Instruction Cache 可以被开启或关闭，但不能残留于加载 kernel image 对应的旧缓存内容；kernel image 对应的位置需要 clean 到 PoC，以保证之后 kernel 看到的是正确的镜像内容。
(6) 进入 Kernel 前，架构定时器的频率等基础状态需要已经配置好，并且各 CPU 保持一致。如：CNTFRQ 和 CNTVOFF。
(7) 所有将被 Kernel 启动的 CPU，在进入 Kernel 时必须处于同一个 coherency domain。
除上述之外，更具体的 ARM64 架构初始化要求，这里暂不深入。