Linux内核

一、内核开发与逻辑开发对比

内核开发：

需要应用程序调用API去在操作系统里对硬件进行操作。操作系统不允许用户直接去通过置GPIO口1或者0去控制硬件，为了管理这一切。操作系统将整个开发中分成了两个空间，一个是用户空间（上两层），一个是内核空间。

裸机开发：

应用可以直接去控制硬件，32单片机只需要去将对应引脚置0或者1就可以点灯。

经过对比，二者最大的区别在于内核是操作系统最核心的部分，而32单片机这种是不跑操作系统的。最直观的体现就是Linux可以跑多进程、线程的程序，同时运行多个程序。而32单片机如果不加Freertos是不能同时跑多个程序的。

二、什么是Linux内核（kernel）？----这里指uImage文件

上面说到区别，那么Linux为什么可以跑多个进程、并且可以对文件、内存等进行管理？由此提到Linux内核，Linux内核对于操作系统而言属于发动机。内核（kernel）是操作系统最基本、最核心的部分。

内核其本质上是一个复杂的程序，主要用于以下几点：

文件管理
进程管理
内存管理
网络管理
设备管理

内核对于用户是不可见的，所以在层面上分为了内核态和用户态。

内核态与用户态的几条公理：

用户态不能直接操作硬件
只有内核态才能对硬件进行操作管理

用户要想操纵硬件必须要通过用户态去调用内核态，由内核去完成对硬件的操作。而内核怎么去操纵不同的硬件呢？就需要驱动程序来操纵硬件，下面是对于用户态和内核态的图示说明

三、Linux启动流程

1. 先启动bootloader (一个引导程序，为kernel启动准备环境)

2. 启动kernel (一个复杂的程序，操作系统)

3. 加载根文件系统 (一堆文件的集合)

3.1 bootloader---------》uboot

bootloader是(一个裸机程序)为内核准备运行环境并引导内核启动

3.1.1 bootloader的作用

初始化CPU(工作模式)

初始化异常向量表

初始化栈

初始化时钟

关闭看门狗

关闭Cache

关闭MMU

关闭中断

初始化内存

初始化相关外设(flash, 网卡, 串口, led, lcd)

集成相关的协议

搬移内核到内存

向内核传参(根文件系统类型、位置、ip、终

端控制台，指定init进程)

启动内核 --- 从此bootloader不再控制CPU，

CPU的控制权彻底移交给内核

3.1.2 uboot

uboot是什么？

是bootloader的一种，uboot的一切都是为了启动内核

Linux系统要启动就必须需要一个bootloader程序(裸机程序),也就说芯片上电以后先运行一段bootloader程序。这段bootloader程序会先初始化DDR等外设,然后将Linux镜像从flash(NAND,NOR FLASH,SD,EMMC等)拷贝到DDR中,最后启动Linux 内核。当然了,bootloader的实际工作要复杂的多,但是它最主要的工作就是启动Linux内核, bootloader和Linux内核的关系就跟PC上的BIOS和Windows的关系一样, bootloader就相当于BIOS。所以我们要先搞定bootloader,很庆幸,有很多现成的bootloader软件可以使用,比如U-Boot、 vivi、RedBoot等,其中以U-Boot使用最为广泛。

因为Linux镜像是存在Flash里面,要想运行Linux系统需要一定的RAM,芯片内部RAM一般没有辣么大所以就需要DDR,bootloader就是需要准备Linux运行条件,譬如初始化DDR,然后再从Flash中读取到DDR中运行Linux系统。Uboot的主要目的就是为系统的启动做准备。

Uboot不仅仅能启动 Linux,也可以启动其他系统,比如 vxworks。Linux不仅仅能通过uboot启动,还可以用其他bootloader启动。Uboot是个通用的bootloader,他支持多种架构。