zImage是ARM Linux常用的一种压缩映像文件，uImage是U-boot专用的映像文件，它是在zImage之前加上一个长度为0x40的“头”，说明这个映像文件的类型、加载位置、生成时间、大小等信息。换句话说，如果直接从uImage的0x40位置开始执行，zImage和uImage没有任何区别。另外， Linux2.4内核不支持uImage，Linux2.6内核加入了很多对嵌入式系统的支持，但是uImage的生成也需要设置。
内核编译完成后会生成zImage内核镜像文件。关于bootloader加载zImage到内核，并且跳转到zImage开始地址运行zImage的过程，相信大家都很容易理解。但对于zImage是如何解压的过程，就不是那么好理解了。本文将结合部分关键代码，讲解zImage的解压过程。
先看看zImage的组成吧。在内核编译完成后会在arch/arm/boot/下生成zImage。
在arch/armboot/Makefile中：
$(obj)/zImage: $(obj)/compressed/vmlinux FORCE
$(call if_changed,objcopy)
由此可见，zImage的是elf格式的arch/arm/boot/compressed/vmlinux二进制化得到的
在arch/armboot/compressed/Makefile中：
$(obj)/vmlinux: $(obj)/vmlinux.lds $(obj)/$(HEAD) $(obj)/piggy.o /
$(addprefix $(obj)/, $(OBJS)) FORCE
$(call if_changed,ld)
$(obj)/piggy.gz: $(obj)/../Image FORCE
$(call if_changed,gzip)
$(obj)/piggy.o: $(obj)/piggy.gz FORCE
其中Image是由内核顶层目录下的vmlinux二进制化后得到的。注意：arch/arm/boot/compressed/vmlinux是位置无关的，这个有助于理解后面的代码。，链接选项中有个 –fpic参数：
EXTRA_CFLAGS := -fpic
总结一下zImage的组成，它是由一个压缩后的内核piggy.o，连接上一段初始化及解压功能的代码（head.o misc.o）,组成的。
下面就要看内核的启动了，那么内核是从什么地方开始运行的呢？这个当然要看lds文件啦。zImage的生成经历了两次大的链接过程：一次是顶层vmlinux的生成，由arch/arm/boot/vmlinux.lds（这个lds文件是由 arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S生成的）决定；另一次是arch/arm/boot/compressed/vmlinux 的生成，是由arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds（这个lds文件是由 arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds.in生成的）决定。zImage的入口点应该由 arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds决定。从中可以看出入口点为‘_start’
OUTPUT_ARCH(arm)
ENTRY(_start)
SECTIONS
{
. = 0;
_text = .;
.text : {
_start = .;
*(.start)
*(.text)
……
}
在arch/arm/boot/compressed/head.S中找到入口点。
看看head.S会做些什么样的工作：
• 对于各种Arm CPU的DEBUG输出设定，通过定义宏来统一操作；
•设置kernel开始和结束地址，保存architecture ID；
• 如果在ARM2以上的CPU中，用的是普通用户模式，则升到超级用户模式，然后关中断
• 分析LC0结构delta offset，判断是否需要重载内核地址(r0存入偏移量，判断r0是否为零)。
•需要重载内核地址，将r0的偏移量加到BSS region和GOT table中的每一项。
对于位置无关的代码，程序是通过GOT表访问全局数据目标的，也就是说GOT表中中记录的是全局数据目标的绝对地址，所以其中的每一项也需要重载。
• 清空bss堆栈空间r2－r3
•建立C程序运行需要的缓存
•这时r2是缓存的结束地址，r4是kernel的最后执行地址，r5是kernel境象文件的开始地址
•用文件misc.c的函数decompress_kernel()，解压内核于缓存结束的地方(r2地址之后)。
可能大家看了上面的文字描述还是不清楚解压的动态过程。还是先用图表的方式描述下代码的搬运解压过程。然后再针对中间的一些关键过程阐述。
假定zImage在内存中的初始地址为0x30008000(这个地址由bootloader决定，位置不固定)
1、初始状态
.text 0x30008000 开始，包含piggydata 段（即压缩的内核段） . got ? . data ? .bss ? .stack 4K 大小
2、head.S调用misc.c中的decompress_kernel刚解压完内核后
.text 0x30008000 开始，包含piggydata 段（即压缩的内核段） . got ? . data ? .bss ? .stack 4K 大小 解压函数所需缓冲区 64K 大小 解压后的内核代码 小于4M
3、此时会将head.S中的部分代码重定位
.text 0x30008000 开始，包含piggydata 段（即压缩的内核段） . got ? . data ? .bss ? .stack 4K 大小 解压函数所需缓冲区 64K 大小 解压后的内核代码 小于4M head.S 中的部分重定位代码代码 reloc_start 至reloc_end
4、跳转到重定位后的reloc_start处，由reloc_start至reloc_end的代码复制解压后的内核代码到0x30008000处，并调用call_kernel跳转到0x30008000处执行。
解压后的内核 0x30008000 开始
在通过head.S了解了动态过程后，大家可能会有几个问题：
问题1：zImage是如何知道自己最后的运行地址是0x30008000的？
问题2：调用decompress_kernel函数时，其4个参数是什么值及物理含义？
问题3：解压函数是如何确定代码中压缩内核位置的？
先回答第1个问题
这个地址的确定和Makefile和链接脚本有关，在arch/arm/Makefile文件中的
textaddr-y := 0xC0008000 这个是内核启动的虚拟地址
TEXTADDR := $(textaddr-y)
在arch/arm/mach-s3c2410/Makefile.boot中
zreladdr-y := 0x30008000 这个就是zImage的运行地址了
在arch/arm/boot/Makefile文件中
ZRELADDR := $(zreladdr-y)
在arch/arm/boot/compressed/Makefile文件中
zreladdr=$(ZRELADDR)
在arch/arm/boot/compressed/Makefile中有
.word zreladdr @ r4
内核就是用这种方式让代码知道最终运行的位置的
接下来再回答第2个问题
decompress_kernel(ulg output_start, ulg free_mem_ptr_p, ulg free_mem_ptr_end_p,
int arch_id)
l output_start：指解压后内核输出的起始位置，此时它的值参考上面的图表，紧接在解压缓冲区后；
l free_mem_ptr_p：解压函数需要的内存缓冲开始地址；
l ulg free_mem_ptr_end_p：解压函数需要的内存缓冲结束地址，共64K；
l arch_id ：architecture ID，对于SMDK2410这个值为193；
最后回答第3个问题
首先看看piggy.o是如何生成的，在arch/arm/boot/compressed/Makefie中
$(obj)/piggy.o: $(obj)/piggy.gz FORCE
Piggy.o是由piggy.S生成的，咱们看看piggy.S的内容：
.section .piggydata,#alloc
.globl input_data
input_data:
.incbin "arch/arm/boot/compressed/piggy.gz"
.globl input_data_end
input_data_end:
再看看misc.c中decompress_kernel函数吧，它将调用gunzip()解压内核。gunzip()在lib/inflate.c中定义，它将调用NEXTBYTE()，进而调用get_byte()来获取压缩内核代码。
在misc.c中
#define get_byte() (inptr < insize ? inbuf[inptr++] : fill_inbuf())
查看fill_inbuf函数
int fill_inbuf(void)
{
if (insize != 0)
error("ran out of input data");
inbuf = input_data;
insize = &input_data_end[0] - &input_data[0];
inptr = 1;
return inbuf[0];
}
发现什么没？这里的input_data不正是piggy.S里的input_data吗？这个时候应该明白内核是怎样确定piggy.gz在zImage中的位置了吧。
从zImage头跳转进来，此时的状态
•MMU为off •D-cache为off •I-cache为dont care，on或off没有关系 •r0为0 •r1为machine ID •r2为atags指针 内核 代码入口在linux -2.6.24-moko-linuxbj/arch/arm /kernel/head.S文件的83行。首先进入SVC32模式，并查询CPU ID，检查合法性
msr cpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE @ ensure svc mode @ and irqs disabled mrc p15, 0, r9, c0, c0 @ get processor id bl __lookup_processor_type @ r5=procinfo r9=cpuid movs r10, r5 @ invalid processor (r5=0)? beq __error_p @ yes, error 'p'接着在87行进一步查询machine ID并检查合法性
bl __lookup_machine_type @ r5=machinfo movs r8, r5 @ invalid machine (r5=0)? beq __error_a @ yes, error 'a'其中__lookup_processor_type在linux -2.6.24-moko-linuxbj/arch/arm /kernel/head -common.S文件的149行，该函数首将标号3的实际地址加载到r3，然后将编译时生成的__proc_info_begin虚拟地址载入到r5， __proc_info_end虚拟地址载入到r6，标号3的虚拟地址载入到r7。由于adr伪指令和标号3的使用，以及 __proc_info_begin等符号在linux -2.6.24-moko-linuxbj/arch/arm /kernel/vmlinux.lds而不是代码中被定义，此处代码不是非常直观，想弄清楚代码缘由的读者请耐心阅读这两个文件和adr伪指令的说明。
r3和r7分别存储的是同一位置标号3的物理地址（由于没有启用mmu，所以当前肯定是物理地址）和虚拟地址，所以儿者相减即得到虚拟地址和物理地址之间的offset。利用此offset，将r5和r6中保存的虚拟地址转变为物理地址
__lookup_processor_type: adr r3, 3f ldmda r3, {r5 - r7} sub r3, r3, r7 @ get offset between virt&phys add r5, r5, r3 @ convert virt addresses to add r6, r6, r3 @ physical address space然后从proc_info中读出内核 编译时写入的processor ID和之前从cpsr中读到的processor ID对比，查看代码和CPU硬件是否匹配（想在arm920t上运行为cortex-a8编译的内核 ？不让！）。如果编译了多种处理器支持，如versatile板，则会循环每种type依次检验，如果硬件读出的ID在内核 中找不到匹配，则r5置0返回
1: ldmia r5, {r3, r4} @ value, mask and r4, r4, r9 @ mask wanted bits teq r3, r4 beq 2f add r5, r5, #PROC_INFO_SZ @ sizeof(proc_info_list) cmp r5, r6 blo 1b mov r5, #0 @ unknown processor2: mov pc, lr __lookup_machine_type在linux -2.6.24-moko-linuxbj/arch/arm /kernel/head-common.S文件的197行，编码方法与检查processor ID完全一样，请参考前段
__lookup_machine_type: adr r3, 3b ldmia r3, {r4, r5, r6} sub r3, r3, r4 @ get offset between virt&phys add r5, r5, r3 @ convert virt addresses to add r6, r6, r3 @ physical address space1: ldr r3, [r5, #MACHINFO_TYPE] @ get machine type teq r3, r1 @ matches loader number? beq 2f @ found add r5, r5, #SIZEOF_MACHINE_DESC @ next machine_desc cmp r5, r6 blo 1b mov r5, #0 @ unknown machine2: mov pc, lr代码回到head.S第92行，检查atags合法性，然后创建初始页表
bl __vet_atags bl __create_page_tables 创建页表的代码在218行，首先将内核 起始地址-0x4000到内核 起始地址之间的16K存储器清0
__create_page_tables: pgtbl r4 @ page table address
/* * Clear the 16K level 1 swapper page table */ mov r0, r4 mov r3, #0 add r6, r0, #0x40001: str r3, [r0], #4 str r3, [r0], #4 str r3, [r0], #4 str r3, [r0], #4 teq r0, r6 bne 1b 然后在234行将proc_info中的mmu_flags加载到r7
ldr r7, [r10, #PROCINFO_MM_MMUFLAGS] @ mm_mmuflags在242行将PC指针右移20位，得到内核 第一个1MB空间的段地址存入r6，在s3c2410平台该值是0x300。接着根据此值存入映射标识
mov r6, pc, lsr #20 @ start of kernel section orr r3, r7, r6, lsl #20 @ flags + kernel base str r3, [r4, r6, lsl #2] @ identity mapping完成页表设置后回到102行，为打开虚拟地址映射作准备。设置sp指针，函数返回地址lr指向__enable_mmu，并跳转到linux -2.6.24-moko-linuxbj/arch/arm /mm/proc-arm920.S的386行，清除I-cache、D-cache、write buffer和TLB
__arm920_setup: mov r0, #0 mcr p15, 0, r0, c7, c7 @ invalidate I,D caches on v4 mcr p15, 0, r0, c7, c10, 4 @ drain write buffer on v4#ifdef CONFIG_MMU mcr p15, 0, r0, c8, c7 @ invalidate I,D TLBs on v4#endif然后返回head.S的158行，加载domain和页表，跳转到__turn_mmu_on
__enable_mmu:#ifdef CONFIG_ALIGNMENT_TRAP orr r0, r0, #CR_A#else bic r0, r0, #CR_A#endif#ifdef CONFIG_CPU_DCACHE_DISABLE bic r0, r0, #CR_C#endif#ifdef CONFIG_CPU_BPREDICT_DISABLE bic r0, r0, #CR_Z#endif#ifdef CONFIG_CPU_ICACHE_DISABLE bic r0, r0, #CR_I#endif mov r5, #(domain_val(DOMAIN_USER, DOMAIN_MANAGER) | / domain_val(DOMAIN_KERNEL, DOMAIN_MANAGER) | / domain_val(DOMAIN_TABLE, DOMAIN_MANAGER) | / domain_val(DOMAIN_IO, DOMAIN_CLIENT)) mcr p15, 0, r5, c3, c0, 0 @ load domain access register mcr p15, 0, r4, c2, c0, 0 @ load page table pointer b __turn_mmu_on在194行把mmu使能位写入mmu，激活虚拟地址。然后将原来保存在sp中的地址载入pc，跳转到head-common.S的__mmap_switched，至此代码进入虚拟地址的世界
mov r0, r0 mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 @ write control reg mrc p15, 0, r3, c0, c0, 0 @ read id reg mov r3, r3 mov r3, r3 mov pc, r13在head-common.S的37行开始清除内核 bss段，processor ID保存在r9，machine ID报存在r1，atags地址保存在r2，并将控制寄存器保存到r7定义的内存地址。接下来跳入linux -2.6.24-moko-linuxbj/init/main.c的507行，start_kernel函数。这里只粘贴部分代码
__mmap_switched: adr r3, __switch_data + 4
ldmia r3!, {r4, r5, r6, r7} cmp r4, r5 @ Copy data segment if needed1: cmpne r5, r6 ldrne fp, [r4], #4 strne fp, [r5], #4 bne 1b在main.c第507行，是硬件无关的C初始化代码
asmlinkage void __init start_kernel(void){ char * command_line; extern struct kernel_param __start___param[], __stop___param[];
smp_setup_processor_id();
s3c2410平台linux -2.6.24内核 早期的汇编初始化到这里就结束了
