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移植linux時Linuxbootloader編寫方法

  1.概述  Linux運行在保護模式下,但是當機器啟動復位的時候卻處於實模式下。所以寫bootloader做的工作也是在實模式之下的。    linux的內核有多種格式,老式的zImage和新型的bzImage。它們之間最大的差別是對於內核體積大小的限制。由於zImage內核需要放在實模式1MB的內存之內,所以其體積受到了限制。目前采用的內核格式大多為bzImage,這種格式沒有1MB內存限制。本文以下部分主要以bzImage為例進行分析。    2.bzImage格式內核的結構  bzImage內核從前向後分為3個部分,前512字節被稱為bootsect,這就是軟盤引導linux時用到的bootloader,如果不從軟盤引導,這部分就沒有用,其中存儲了一些編譯時生成的內核啟動選項的默認值。從512個字節開始的512*n個字節稱為setup部分,這是linux內核的實模式部分,這部分在實模式下運行,主要功能是為保護模式的linux內核啟動准備環境。這個部分最後會切換進入保護模式,跳轉到保護模式的內核執行。最後的部分就是保護模式的內核,也就是真正意義上的linux內核。其中n的大小可以從bootsect後半部得到,詳細地址可以參閱linux boot protocol。    3.引導過程概述  第一步,打開冰箱門;第二步把大象放到冰箱裡……不要笑,過程就是這麼簡單。首先需要把linux內核的setup部分拷貝到9020H:0開始的地址,然後把保護模式內核拷貝到1MB開始的地址,然後根據Linux Boot Protocol 2.03的內容設定參數區的內容,基地址就是9000H:0,最後使用一條ljmp $0x9020,$0跳轉到setup段,剩下的事情就是linux自己的了^_^,果然簡單吧!    4.THE LINUX/I386 BOOT PROTOCOL  這個就是我們引導linux所使用的協議,它的位置在:Documetation/i386/boot.txt中。裡面詳細的寫了引導linux所需要知道的一切知識,對於其它體系結構的CPU,也一定存在著類似的東東,仿照本文的方法就可以了。    5.細節一:基本引導參數  當然我們不指定任何參數linux內核也可以啟動,但是這樣有可能啟動進入一個我們不支持的framebuffer模式,導致沒有任何屏幕顯示;也可能mount了錯誤的根分區失敗,導致No Init Found的kernel panic。所以我們必須要指定一些東西。    如果你像我一樣是一個懶人,那麼可以直接把bootsect拷到9000H:0的位置,使用軟盤引導時它會把自己復制到這個地方的,這裡面有些默認的設置,詳情請見boot.txt。    首先是root的位置,這裡bootsect_pos指向的是9000H:0的地址。    bootsect_pos[0x1fc] = root_minor;  bootsect_pos[0x1fd] = root_major;    其中root_minor和root_major分別是root的主設備號和次設備號。    當前顯示模式:    bootsect_pos[0x1fa] = 0xff;  bootsect_pos[0x1fb] = 0xff;    這兩個數值相當於引導參數vga=0xHHH的值,兩個0xff代表文本模式。    bootsect_pos[0x210] = 0xff;    這是在設定你的bootloader的類型,其實只要不是0就行,因為0代表的loader太舊無法引導新的內核,setup發現這個後就會停下來。按照規范你應該寫成0xff,這表示未知的boot loader,如果你的bootloader已經得到了一個官方分配的type id,那就寫上自己的數值。    6.細節二:如何加載內核  如果你現在的環境是一無所有,那麼必須使用bios中斷或者ATA指令去讀硬盤了,不過如果你手中如果有基本的DOS系統,那麼就可以使用DOS的程序了。為了能夠操作整個4GB的地址空間,我使用了WATCOM C寫了個小程序讀內核,不過你可以仿照bootsect裡面的做法,在實模式中讀一部分,然後進入到保護模式拷貝到1MB以上,然後再從實模式讀一部分……需要注意1:9000H:0也是DOS占用的地址空間,所以讀完內核後就不要返回DOS了,否則會有問題;    注意2:一定保證是純DOS,不要加載HIMEM或者EMM386這樣的東西,它們會使上面的引導過程失敗。loadlin倒是可以來者通吃幾乎所有的DOS,不過它的作者也是這方面的大牛,對DOS下的內存管理非常的熟悉。我們現在研究這些古老的東西很難找資料了,況且我們是在寫bootloader,不是DOS killer^_^。    7.引導時的高級功能  1)initrd    initrd是啟動時的一個小虛擬盤,一般用它來實現模塊化的內核。引導initrd的方法主要有兩個要點:  第一,把initrd讀入內存,我們可以仿照大多數boot loader的方法把它放在內存的最高端;  第二,設定initrd的起始位置和長度     bootsect_pos[0x218]開始的4個字節放的是起始物理地址,bootsect_pos[0x21c]開始的4個字節放的是initrd的長度。    2)command_line支持    用command_line你可以給內核傳一些參數,自己定制內核的行為。我是這樣做的,首先把command_line放在9900H:0的地址裡,然後把9900H:0的物理地址存放在bootsect_pos[0x228]開始的4個字節裡面。注意一定是物理地址,所以你應該放99000H這個數,然後內核就會識別你的command_line了。




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