本文通過整理之前研發的一個項目(ARM7TDMI + uCLinux)，分析內核啟動過程及需要修改的文件，以供內核移植者參考。整理過程中也同時參考了眾多網友的帖子，在此謝過。由于整理過程匆忙，難免錯誤及講解的不夠清楚之處，請各位網友指正，這里提前謝過。本文分以下部分進行介紹：
1. Bootloader及內核解壓
2. 內核啟動方式介紹
3. 內核啟動地址的確定
4. arch/armnommu/kernel/head-armv.S分析
5. start_kernel()函數分析

1. Bootloader及內核解壓
Bootloader將內核加載到內存中，設定一些寄存器，然后將控制權交由內核，該過程中，關閉MMU功能。通常，內核都是以壓縮的方式存放，如zImage，這里有兩種解壓方法：
使用內核自解壓程序。
arch/arm/boot/compressed/head.S或arch/arm/boot/compressed/head-xxxxx.S
arch/arm/boot/compressed/misc.c
在Bootloader中增加解壓功能。
使用該方法時內核不需要帶有自解壓功能，而使用Bootloader中的解壓程序代替內核自解壓程序。其工作過程與內核自解壓過程相似：Bootloader把壓縮方式的內核解壓到內存中，然后跳轉到內核入口處開始執行。

2. 幾種內核啟動方式介紹
XIP (EXECUTE IN PLACE) 是指直接從存放代碼的位置上啟動運行。
2.1 非壓縮，非XIP
非XIP方式是指在運行之前需對代碼進行重定位。該類型的內核以非壓縮方式存放在Flash中，啟動時由Bootloader加載到內存后運行。
2.2 非壓縮，XIP
該類型的內核以非壓縮格式存放在ROM/Flash中，不需要加載到內存就能運行，Bootloader直接跳轉到其存放地址執行。Data段復制和BSS段清零的工作由內核自己完成。這種啟動方式常用于內存空間有限的系統中，另外，程序在ROM/Flash中運行的速度相對較慢。
2.3 RAM自解壓
壓縮格式的內核由開頭一段自解壓代碼和壓縮內核數據組成，由于以壓縮格式存放，內核只能以非XIP方式運行。RAM自解壓過程如下：壓縮內核存放于ROM/Flash中，Bootloader啟動后加載到內存中的臨時空間，然后跳轉到壓縮內核入口地址執行自解壓代碼，內核被解壓到最終的目的地址然后運行。壓縮內核所占據的臨時空間隨后被Linux回收利用。這種方式的內核在嵌入式產品中較為常見。
2.4 ROM自解壓
解壓縮代碼也能夠以XIP的方式在ROM/Flash中運行。ROM自解壓過程如下：壓縮內核存放在ROM/Flash中，不需要加載到內存就能運行，Bootloader直接跳轉到其存放地址執行其自解壓代碼，將壓縮內核解壓到最終的目的地址并運行。ROM自解壓方式存放的內核解壓縮速度慢，而且也不能節省內存空間。

3. 內核啟動地址的確定
內核自解壓方式
Head.S/head-XXX.S獲得內核解壓后首地址ZREALADDR，然后解壓內核，并把解壓后的內核放在ZREALADDR的位置上，最后跳轉到ZREALADDR地址上，開始真正的內核啟動。

arch/armnommu/boot/Makefile，定義ZRELADDR和 ZTEXTADDR。ZTEXTADDR是自解壓代碼的起始地址，如果從內存啟動內核，設置為0即可，如果從Rom/Flash啟動，則設置ZTEXTADDR為相應的值。ZRELADDR是內核解壓縮后的執行地址。
arch/armnommu/boot/compressed/vmlinux.ld,引用LOAD_ADDR和TEXT_START。
arch/armnommu/boot/compressed/Makefile, 通過如下一行：
SEDFLAGS = s/TEXT_START/$(ZTEXTADDR)/;s/LOAD_ADDR/$(ZRELADDR)/;
使得TEXT_START = ZTEXTADDR，LOAD_ADDR = ZRELADDR。

說明：
執行完decompress_kernel函數后,代碼跳回head.S/head-XXX.S中,檢查解壓縮之后的kernel起始地址是否緊挨著kernel image。如果是,beq call_kernel,執行解壓后的kernel。如果解壓縮之后的kernel起始地址不是緊挨著kernel image,則執行relocate,將其拷貝到緊接著kernel image的地方,然后跳轉,執行解壓后的kernel。

Bootloader解壓方式
Bootloader把解壓后的內核放在內存的TEXTADDR位置上，然后跳轉到TEXTADDR位置上，開始內核啟動。
arch/armnommu/Makefile，一般設置TEXTADDR為PAGE_OFF+0x8000，如定義為0x00008000, 0xC0008000等。
arch/armnommu/vmlinux.lds，引用TEXTADDR

4. arch/armnommu/kernel/head-armv.S
該文件是內核最先執行的一個文件，包括內核入口ENTRY(stext)到start_kernel間的初始化代碼，主要作用是檢查CPU ID，Architecture Type，初始化BSS等操作，并跳到start_kernel函數。在執行前，處理器應滿足以下狀態：
r0 - should be 0
r1 - unique architecture number
MMU - off
I-cache - on or off
D-cache – off

/* 部分源代碼分析 */
/* 內核入口點 */
ENTRY(stext)
/* 程序狀態，禁止FIQ、IRQ，設定SVC模式 */
mov r0, #F_BIT | I_BIT | MODE_SVC@ make sure svc mode
/* 置當前程序狀態寄存器 */
msr cpsr_c, r0 @ and all irqs disabled
/* 判斷CPU類型，查找運行的CPU ID值與Linux編譯支持的ID值是否支持 */
bl __lookup_processor_type
/* 跳到__error */
teq r10, #0 @ invalid processor?
moveq r0, #'p' @ yes, error 'p'
beq __error
/* 判斷體系類型，查看R1寄存器的Architecture Type值是否支持 */
bl __lookup_architecture_type
/* 不支持，跳到出錯 */
teq r7, #0 @ invalid architecture?
moveq r0, #'a' @ yes, error 'a'
beq __error
/* 創建核心頁表 */
bl __create_page_tables
adr lr, __ret @ return address
add pc, r10, #12 @ initialise processor
/* 跳轉到start_kernel函數 */
b start_kernel

__lookup_processor_type這個函數根據芯片的ID從proc.info獲取proc_info_list結構，proc_info_list結構定義在include/asm-armnommu/proginfo.h中，該結構的數據定義在arch/armnommu/mm/proc-arm*.S文件中，ARM7TDMI系列芯片的proc_info_list數據定義在arch/armnommu/mm/proc-arm6,7.S文件中。函數__lookup_architecture_type從arch.info獲取machine_desc結構，machine_desc結構定義在include/asm-armnommu/mach/arch.h中，針對不同arch的數據定義在arch/armnommu/mach-*/arch.c文件中。