摘要

我们在这里讨论的是对嵌入式linux系统的启动过程的输出信息的注释，通过我们的讨论，大家会对嵌入式linux启动过程中出现的、以前感觉熟悉的、但却又似是而非的东西有一个确切的了解，并且能了解到这些输出信息的来龙去脉。

嵌入式linux的启动信息是一个很值得我们去好好研究的东西，它能将一幅缩影图呈现在我们面前，来指导我们更加深入地理解linux内核。

关键字：linux，嵌入式，启动，bootloader

正文

作为一名嵌入系统开发者，你一定遇到过下面的情景：

在某论坛上看到一篇帖子，上面贴着嵌入式linux开发板启动时的有关信息，然后大家在帖子里讨论着这个启动过程中出现的问题，随机举例如下：

上面的这些输出信息，也可能包括你自己正在做的嵌入式linux开发板的输出信息，其中的每一行，每一个字的含义，你是否深究过，或者说大部分的含义你能确切地知道的？本人想在这里结合本人在实践中一些体会来和广大嵌入式linux的开发者一起读懂这些信息。

我们在这里将以一个真实的嵌入式linux系统的启动过程为例，来分析这些输出信息。启动信息的原始内容将用标记标出，以区别与注释。

嵌入式linux的启动主要分为两个阶段：

①     第一部分bootloader启动阶段

②     第二部分linux 内核初始化和启动阶段

第一节：start_kernel

第二节：用户模式( user_mode )开始，start_kernel结束

第三节：加载linux内核完毕，转入cpu_idle进程

第一部分 : bootloader启动

Bootloader头信息，版本，编译时间等，这个因不同的bootloader的设计而有所不同，由此你能看出bootloader的版本信息，有很多使用的是通用的bootloader，如u-boot，redboot等。

将bootloader加载到内存ram中的0x90060000处，即将bootloader加载到内存的高端地址处。

Linux内核将被bootloader加载到0x90090000处。

查找到了启动boot的配置信息

从flash中启动代码，此处的flash为并行闪存。Flash的分类列举如下：

闪存分三类：并行，串行，不可擦除。

①并行Parallel flash

　NOR Flash，Intel于1988年发明．随机读取的速度比较快，随机按字节写，每次可以传输8Bit。一般适合应用于数据/程序的存贮应用中．NOR还可以片内执行(execute-in-place)XIP．写入和擦除速度很低。

　NAND Flash，1989年，东芝公司发明．是以块和页为单位来读写的，不能随机访问某个指定的点.因而相对来说读取速度较慢，而擦除和写入的速度则比较快,每次可以传输16Bit,一般适用在大容量的多媒体应用中，容量大。如：CF，SM.

②串行Serial Flash 是以字节进行传输的，每次可以传输1-2Bit.如：MMC,SD,MS卡．串行闪存器件体积小，引脚也少，成本相对也更低廉。　

③不可擦除Mask Rom Flash的特点是一次性录入数据，具有不可更改性，经常运用于游戏和需版权保护文件等的录入。其显著特点是成本低。

注意：任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除。NAND器件执行擦除操作是十分简单的，而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为0。

从上面的信息，我们可以对flash类型特点有个比较明确的了解。

开发板上所使用的CPU的主频为200MHZ．

动态内存ram大小为128M。这里我们列举一下内存的类型及工作原理。

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。

1M->0x00100000,

2M->0x00200000,

8M->0x00800000

16M->0x01000000,

32M->0x02000000

256M->0x10000000

64K->0x00010000

4K->0x00001000

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。

ROMFS found at 0x46040000, Volume name = rom 43f291aa

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。

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。

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。

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。

释放，解压中。。。（变大，充气, 膨胀）

做释放后的CRC检查

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

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：

page_address_init();

sched_init();

page_alloc_init();

init_IRQ();

softirq_init();

console_init();

calibrate_delay();

vfs_caches_init(num_physpages);

rest_init();

具体内容可以参考[http://lxr.linux.no/source/init/main.c]

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。

Found bootloader memory map at 0x10000fc0.

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。

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。

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

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。

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。

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。

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