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Linux 嵌入式启动以及优化

2024-07-08 21:36:17   232人阅读

转载：http://www.embeddedlinux.org.cn/html/jishuzixun/201312/19-2717.html

 

 

第一步: BootLoader -- U boot
  1 在cpu/arm926ejs/start.s中
   a) b reset ; //jump to reset
   b) set cpsr ;svc mode ,disable I,F interrupt
   c)调用lowlevel_init  (在board\xxxx\lowlevel_init.S中
       将调用 __platform_cmu_init (设置cpu时钟，启动那些模块等）  
            __platform_mpmc_init (mpmc初始化，配置SDRAM时序）
            __platform_static_memory_init
            __platform_static_uart_init
            __platform_mpmc_clear
       
   d) 用LDMIA,STMIA命令 copy uboot 到内存中
   e) ldr pc ,_start_armboot
      执行start_armboot
  2 start_armboot 在 lib-arm中
    a)根据init_sequence 执行初始化序列
         包括：cpu_init
               board_init
               中断初始化
               initialize environment
               initialze baudrate settings
               serial communications setup
               打印uboot 版本
               display_dram_config (打印DRAM大小）
    而在board_init中
        将打印公司名称 ，前后还加了delay
        timer 初始化
        dw_init --- I2C 设置
        验证时钟来源 （来自wifi还是DECT)
        LCD初始化
        键盘初始化
        Flash 初始化  (空函数）
        网卡初始化   （其中有个udelay(1000) 1ms的delay )
    b)  NOR FLASH 初始化
        display_flash_config （打印Flash大小）
    c) nand 初始化 （将scan整个nand chip,建立 bbt table)
    d)  env_relocate 环境变量重新定位到内存中
    e) 得到IP 地址和网卡 MAC地址
    f)  devices_init
    g) 中断enable
         
然后：    start_armboot --> main_loop
 3 main_loop在 common/main.c中
   getenv("bootdelay")
   
     --> 循环 readline
             run_command
 
 
第二步: Kernel
a) Kernel自解压 arch\arm\boot\compressed\head.S中调用decompress_kernel(misc.c),完了打印出"done,booting the kernel"
然后根据arch_id = 多少,打印出 arch_id
b) 在arch\arm\kernel\head.S中
  check cpu 以及 machine ID
  build the initial 页表
  _switch_data (arm\kernel\head_common.s中) 将process id存入process_id变量中
  start_kernel
 
c) start_kernel
 1) 打印Linux version information
 2) call setup_arch,(它将打印cpu特定的信息,machine
look_machine_type ->arm\tools\mach_types
look_processor_type --> .proc.info.init. -->arm\mm\proc_arm926.S
在 /arm\mach_xx\xx.c中,有MACHINE_START(....)
 3) 打印commnad_line
 4) 初始化
 
 
vfs_caches_init
虚拟文件系统VFS初始化,主要初始化dentry等,它将调用 mnt_init. 而mnt_init将调用init_rootfs,注册rootfs文件系统,init_mount_tree()创建rootfs文件系统,会把rootfs挂载到/目录.
 
5) rest_init
  启动init kernel thread
在init 线程中:
   1)populate_rootfs()
    函数负责加载initramfs.
    我们的系统没有定义CONFIG_BLK_DEV_INITRD,因此populate_rootfs什么也没做
 
  2) do_basic_setup
  -->driver_init()->platform_bus_init()->...初始化platform bus(虚拟总线)
这样以后设备向内核注册的时候platform_device_register()->platform_device_add()->...内核把设备挂在虚拟的platform bus下,
驱动注册的时候platform_driver_register()->driver_register()->bus_add_driver()->driver_attach()->bus_for_each_dev()对每个挂在虚拟的platform bus的设备作__driver_attach()->driver_probe_device()->drv->bus->match()==platform_match()->比较strncmp(pdev->name, drv->name, BUS_ID_SIZE)，如果相符就调用platform_drv_probe()->driver->probe()，如果probe成功则绑定该设备到该驱动.
 好象声卡怎么先注册驱动,再注册设备呢?反了?
    
      -->do_initcalls
   而do_initcalls将调用__initcall_start到__initcall_end中的所有函数
__initcall_start和__initcall_end定义在arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S中
它是这样定义的:
 __initcall_start = .;
   *(.initcall1.init)
   *(.initcall2.init)
   *(.initcall3.init)
   *(.initcall4.init)
   *(.initcall5.init)
   *(.initcall6.init)
   *(.initcall7.init)
  __initcall_end = .;
而在include/linux/init.h中
#define core_initcall(fn)  __define_initcall("1",fn)
#define postcore_initcall(fn)  __define_initcall("2",fn)
#define arch_initcall(fn)  __define_initcall("3",fn)
#define subsys_initcall(fn)  __define_initcall("4",fn)
#define fs_initcall(fn)   __define_initcall("5",fn)
#define device_initcall(fn)  __define_initcall("6",fn)
#define late_initcall(fn)  __define_initcall("7",fn)
其中
#define __define_initcall(level,fn) \
 static initcall_t __initcall_##fn __attribute_used__ \
 __attribute__((__section__(".initcall" level ".init"))) = fn
这说明core_initcall宏的作用是将函数指针(注意不是函数体本身)将放在.initcall1.init section 中,而device_initcall宏将函数指针将放在.initcall6.init section 中.
  函数本身用_init标识,在include/linux/init.h中
#define __init  __attribute__ ((__section__ (".init.text")))
  这些_init函数将放在.init.text这个区段内.函数的摆放顺序是和链接的顺序有关的，是不确定的。
  因此函数的调用顺序是:
core_initcall
postcore_initcall 如amba_init
arch_init         如
subsys_initcall  
fs_initcall
device_initcall ---> module_init
late_initcall
 先调用core_initcall区段中的函数,最后调用late_initcall中的函数,而对于上述7个区段中每个区段中的函数指针,由于其摆放顺序和链接的顺序有关的，是不确定的,因此其调用顺序也是不确定的.
 
 3) rootfs 加载
  prepare_namespace 挂载真正的根文件系统,
  在do_mounts.c中:
static int __init root_dev_setup(char *line)
{
 strlcpy(saved_root_name, line, sizeof(saved_root_name));
 return 1;
}
__setup("root=", root_dev_setup);
也就是说:在bootargs中root=/dev/nfs rw 或者root=/dev/mtdblock4等将传入saved_root_name.
void __init prepare_namespace(void)
{
 int is_floppy;
 mount_devfs();
 if (root_delay) {
  printk(KERN_INFO "Waiting %dsec before mounting root device...\n",
         root_delay);
  ssleep(root_delay);
 }
 md_run_setup();
 if (saved_root_name[0]) {
  root_device_name = saved_root_name; //保存在root_device_name中
  ROOT_DEV = name_to_dev_t(root_device_name);
//在root_dev.h中定义了Root_NFS,Root_RAM0等结点号
  if (strncmp(root_device_name, "/dev/", 5) == 0)
   root_device_name += 5;
 }
 is_floppy = MAJOR(ROOT_DEV) == FLOPPY_MAJOR;
 if (initrd_load())
  goto out;
 if (is_floppy && rd_doload && rd_load_disk(0))
  ROOT_DEV = Root_RAM0;
 mount_root();                     //加载rootfs
out:
 umount_devfs("/dev");
 sys_mount(".", "/", NULL, MS_MOVE, NULL);
 sys_chroot(".");
 security_sb_post_mountroot();
 mount_devfs_fs ();
}
 
4)yaffs2_read_super被调用来建立文件系统,它scan所有的block
 
 5) free_initmem
   释放init 内存
 6)打开/dev/console
失败则会打印:
 printk(KERN_WARNING "Warning: unable to open an initial console.\n");
 
 7) 判断是否有execute_command,这个参数是在uboot参数的bootargs中init=xxx ,如果定义了的话 则执行 run_init_process(execute_command).
  可以通过这种方法实现自己的init process,
 或者可以init=/linuxrc ,这样执行linuxrc
 
8) 如果没有execute_command,init kernel线程缺省的也是最后的步骤是:
 run_init_process("/sbin/init");
 run_init_process("/etc/init");
 run_init_process("/bin/init");
 run_init_process("/bin/sh");
如果/sbin/init没有,则执行/etc/init. /etc/init没有则执行/bin/init ,如果这四者都没有,则Linux打印
panic("No init found.  Try passing init= option to kernel.");
 
 
第三步: Init Process
run_init_process也就是调用execve,这样就启动了init process
上面的/sbin/init,/etc/init,/bin/init,/bin/sh这四者都指向busybox ,但对于/bin/sh则只是打开shell,然后等待用户命令.
 而对于/sbin/init ,将分析/etc/inittab.
在/etc/inittab中,
  1) id:5:initdefault:        缺省的runlevel x
  2) si::sysinit:/etc/init.d/rcS
       执行 rcS脚本

 3) l5:5:wait:/etc/init.d/rc 5
4)S:2345:respawn:/sbin/getty 38400 ttyDW0
getty 提示用户输入username ,然后调用login,login的参数为username ，登录后启动了shell
 如果修改为 /bin/sh 则直接启动shell,此时你可以输入命令 比如ls

在/etc/init.d/rcS中 
   a) mount proc 文件系统
  b) /etc/default/rcS (设置一些参数）
 c)exec /etc/init.d/rc S 
     执行 /etc/init.d/rc S -->这样将执行/etc/rcS.d中以S开头的脚本  
     S00psplash.sh                psplash 
    S02banner.sh                  make node /dev/tty
   S03sysfs.sh                    mount sysfs 
    S03udev                       启动udev
   S06alignment.sh              为什么为3？
  S10checkroot.sh               读取fatab ,mount 这些文件系统
  S20modutils.sh                加载module 
 S35mountall.sh                  不做什么事情
S37populate-volatile.sh
S38devpts.sh                     mount devpts File System
S39hostname.sh                  set hostname to /etc/hostname
S40networking                   ifup -a to up the lo interface
S45mountnfs.sh                  read /etc/fstab to whether  NFS exists
                                  and then mount the NFS
S55bootmisc.sh                   调用/etc/init.d/hwclock.sh去设置时间,日期等
S60ldconfig.sh                   ldconfig建立库的路径

 l5:5:wait:/etc/init.d/rc 5将执行 /etc/rc5.d/ 依次为：
S00qpe                                启动qpe
S02dbus-1                          D_BUS  dameon 
S10dropbear                      SSH service
S20cron                             自动执行指定任务的程序 cron , in etc/crontab , ntpd will run to get the NTP time
S20ntpd                              Not used ,  should delete
S20syslog                          run /sbin/klogd
S39wifiinit.sh                 wifi init and calibration 
S70regaccess                  mknod regaccess.ko
S99rmnologin.sh              do nothing since DELAYLOGIN = no in /etc/default/rcS

整个系统启动后 ，将有 25 个进程 ：其中12个内核的进程 ，13个用户进程
  1 root       1488 S   init [5]   
    2 root            SWN [ksoftirqd/0]
    3 root            SW< [events/0]
    4 root            SW< [khelper]
    5 root            SW< [kthread]
   12 root            SW< [kblockd/0]
   13 root            SW< [kseriod]
   41 root            SW  [pdflush]
   42 root            SW  [pdflush]
   43 root            SW  [kswapd0]
   44 root            SW< [aio/0]
  152 root            SW  [mtdblockd]
  208 root       1700 S < /sbin/udevd -d 
  343 root      36104 S   qpe 
  357 messagebus   2080 S   /usr/bin/dbus-daemon --system 
  361 root       2072 S   /usr/sbin/dropbear -r /etc/dropbear/dropbear_rsa_host
  364 root       1656 S   /usr/sbin/cron 
  369 root       2712 S   /sbin/klogd -n 
  394 root       2884 S   -sh 
  400 root      20396 S   /opt/Qtopia/bin/MainMenu -noshow 
  401 root      19196 S   /opt/Qtopia/bin/Settings -noshow 
  402 root      20504 S   /opt/Qtopia/bin/Organizer -noshow 
  403 root      20068 S   /opt/Qtopia/bin/Photo -noshow 
  404 root      34488 S N /opt/Qtopia/bin/quicklauncher 
  411 root      34488 S N /opt/Qtopia/bin/quicklauncher 


 
优化：
uboot :
1) setenv bootcmd1 "nand read.jffs2 0x62000000 kernel 0x180000 ; bootm 62000000"
这样 load内核的时候 从以前0x300000的3M->1.5M 省1S
2)setenv bootdelay 1 从2变为0 加上CONFIG_ZERO_BOOTDELAY_CHECK 
3) quiet=1
bootargs=root=/dev/mtdblock4 rootfstype=yaffs2 console=ttyDW0 mem=64M mtdparts=dwnand:3m(kernel),3m(splash),64m(rootfs),-(userdata);dwflash.0:384k(u-boot),128k(u-boot_env) quiet
加上quiet 省不到1S
4)启动的时候不扫描整个芯片的坏块，因为uboot只会用到kernel和splash区，只需要检验这两个区的坏块。
  可以省不到 0.2s ,没什么明显的改进 
5) 将环境变量verify 设置为n ,这样load kernel 后，不会去计算校验 kernel image的checksum 
6)开始打印公司 这些可以去掉 ，在这里还有delay ,以及其他的一些不必要的打印 ,一起去掉
7)修改memcpy函数 在./lib_generic/string.c下：
/* Nonzero if either X or Y is not aligned on a "long" boundary.  */
#define UNALIGNED(X, Y) \
  (((long)X & (sizeof (long) - 1)) | ((long)Y & (sizeof (long) - 1)))

/* How many bytes are copied each iteration of the 4X unrolled loop.  */
#define BIGBLOCKSIZE    (sizeof (long) << 2)

/* How many bytes are copied each iteration of the word copy loop.  */
#define LITTLEBLOCKSIZE (sizeof (long))

/* Threshhold for punting to the byte copier.  */
#define TOO_SMALL(LEN)  ((LEN) < BIGBLOCKSIZE)
void * memcpy(void * dst0,const void *src0,size_t len0)
{
  char *dst = dst0;
  const char *src = http://www.mamicode.com/src0;
  long *aligned_dst;
  const  long *aligned_src;
  int   len =  len0;
  /* If the size is small, or either SRC or DST is unaligned,
     then punt into the byte copy loop.  This should be rare.  */
  if (!TOO_SMALL(len) && !UNALIGNED (src, dst))
    {
      aligned_dst = (long*)dst;
      aligned_src = http://www.mamicode.com/(long*)src;

      /* Copy 4X long words at a time if possible.  */
      while (len >= BIGBLOCKSIZE)
        {
          *aligned_dst++ = *aligned_src++;
          *aligned_dst++ = *aligned_src++;
          *aligned_dst++ = *aligned_src++;
          *aligned_dst++ = *aligned_src++;
          len -= BIGBLOCKSIZE;
        }

      /* Copy one long word at a time if possible.  */
      while (len >= LITTLEBLOCKSIZE)
        {
          *aligned_dst++ = *aligned_src++;
          len -= LITTLEBLOCKSIZE;
        }

       /* Pick up any residual with a byte copier.  */
      dst = (char*)aligned_dst;
      src = http://www.mamicode.com/(char*)aligned_src;
    }

  while (len--)
    *dst++ = *src++;

  return dst0;
}
(在linux 中，arm 的memcpy 有优化的版本 ， 在/arch/arm/lib/memcpy.S中）

下面2个建议，没试过：
8）在环境变量区的末尾， 存有CRC，启动的时候会校验CRC ,去掉可以省一些时间
9）把一些驱动的初始化在正常启动的时候不执行，当用户按了键，进入uboot命令模式的时候执行
10) 修改SDRAM控制器时序

 
Kernel :
启动时间 有两种方法 ：
1 在u-boot的 bootargs 中加上参数 time 
2 在内核的 kernel hacking 中 选择 PRINTK_TIME
方法2的好处是可以得到内核在解析command_line 前所有信息的时间,而之前会有：打印linux 版本信息，CPU D cache , I cache 等等 。。。

启动完后 用 ：
dmesg -s 131072 > ktime
然后用 ：
/usr/src/linux-x.xx.xx/scripts/show_delta ktime > dtime
这样得到启动内核时间的报告 


1)修改Nand驱动 提高读速度
2）从 JFFS2 换成 yaffs
3)kernel变为非压缩的image ,但这样的话内核变大了，从NAND中搬运内核的时间将变长 ，所以需要测试是否
   使得时间变短

 建议：
4)把delay的 calibration 去掉 
 

上面改动后 基本上8s从开机到 Freeing init memory 

Application :
1 udev 启动 很花时间
2 安排好启动顺序。


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