Linux嵌入式启动以及优化
小破绽的这个文章编辑功能真是渣，难用的很！由于本文里很多有序条目，文章cp过来序号给乱标，一修改更乱，实在懒得改了！有兴趣的可看我的博文网页https://wikieee.com/blog/leiad/linux/linux%E5%B5%8C%E5%85%A5%E5%BC%8F%E5%90%AF%E5%8A%A8%E4%BB%A5%E5%8F%8A%E4%BC%98%E5%8C%96/we
或者同用户名的公众号or头条号。
Original address: http://blog.21ic.com/user1/5593/archives/2010/67071.html
以前写了一篇Linux PC启动过程的日记, 最近项目中, 想优化一下启动过程, 减少启动时间.
因此研究了我们项目的启动全过程.
1. 第一步: BootLoader -- U boot
1.1 在cpu/arm926ejs/start.s中
b reset ; //jump to reset
set cpsr ;svc mode ,disable I,F interrupt
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
用LDMIA,STMIA命令 copy uboot 到内存中
ldr pc ,_start_armboot
执行start_armboot
1.2 start_armboot 在 lib-arm 中
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 )
NOR FLASH 初始化
display_flash_config （打印Flash大小）
nand 初始化 （将scan整个nand chip,建立 bbt table)
env_relocate 环境变量重新定位到内存中
得到IP 地址和网卡 MAC地址
devices_init
中断enable
然后： start_armboot --> main_loop
1.3 main_loop在 common/main.c中
getenv("bootdelay")
--> 循环 readline
run_command
2. 第二步: Kernel
2.1 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
2.2
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
2.3 start_kernel
打印Linux version information
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(….)
打印commnad_line
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.
rest_init
启动init kernel thread
在init 线程中:
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
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.
rootfs 加载
prepare_namespace 挂载真正的根文件系统,
在do_mounts.c中:
c 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.
c 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 (); }
yaffs2_read_super被调用来建立文件系统, 它scan所有的block
free_initmem
释放init内存
打开/dev/console
失败则会打印:
printk(KERN_WARNING "Warning: unable to open an initial console.\n");
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
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.");
3. 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
id:5:initdefault: 缺省的runlevel x
si::sysinit:/etc/init.d/rcS
执行 rcS脚本
l5:5:wait:/etc/init.d/rc 5
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
mount proc 文件系统
/etc/default/rcS (设置一些参数）
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
4. 优化：
uboot:
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
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
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
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
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
修改memcpy函数 在./lib_generic/string.c下：
(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：
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
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
修改SDRAM控制器时序
Kernel:
启动时间 有两种方法 ：
在u-boot的 bootargs 中加上参数 time
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/s/show_delta ktime > dtime
这样得到启动内核时间的报告
修改Nand驱动 提高读速度
从 JFFS2 换成 yaffs
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：
把delay的calibration去掉
上面改动后基本上8s从开机到 Freeing init memory
Application:
udev 启动很花时间
安排好启动顺序。
