1. 上電啟動(dòng)流程

當(dāng)x86電源打開(kāi)后，CPU將自動(dòng)進(jìn)入實(shí)模式，并從地址0xFFFF0(CS：0xFFFF，IP：0x0)開(kāi)始自動(dòng)運(yùn)行程序代碼，此地址一般是BIOS的地址。

BIOS啟動(dòng)后，將啟動(dòng)設(shè)備的主引導(dǎo)記錄。主引導(dǎo)記錄位于第0磁道的第1個(gè)扇區(qū)，它的大小是512字節(jié)，里面存放了用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的預(yù)啟動(dòng)信息、分區(qū)表信息、魔數(shù)0x55AA等。

BIOS將主引導(dǎo)記錄讀入內(nèi)存絕對(duì)地址0x7C00處，并跳轉(zhuǎn)到此地址運(yùn)行。

在SylixOS平臺(tái)中，事實(shí)上被拷貝到物理內(nèi)存0x7C00處的內(nèi)容就是GRUB。

2. GRUB的作用

GRUB是目前較流行啟動(dòng)引導(dǎo)程序。

GRUB(Grand Unified Bootloader)是當(dāng)前Linux諸多發(fā)行版本默認(rèn)的引導(dǎo)程序，SylixOS遵循了GRUB的引導(dǎo)協(xié)議Multiboot后，也可以使用GRUB進(jìn)行引導(dǎo)。

GRUB執(zhí)行后，將初始化設(shè)置內(nèi)核執(zhí)行所需的環(huán)境，載入內(nèi)核鏡像。

GRUB分為1.x版本和2.x版本，兩個(gè)版本的架構(gòu)有所不同，目前SylixOS啟動(dòng)還是使用1.x版本的GRUB。

GRUB1.x磁盤(pán)引導(dǎo)SylixOS全過(guò)程：

stage1

GRUB讀取磁盤(pán)的第一個(gè)512字節(jié)的主引導(dǎo)記錄MBR。

stage1.5

識(shí)別各種不同的文件系統(tǒng)格式，目的是為了GRUB能識(shí)別到文件系統(tǒng)。

stage2

載入系統(tǒng)引導(dǎo)菜單(“/boot/grub/menu.lst”或“grub.lst”)，載入SylixOS的x86鏡像bspx86.elf。

3. Multiboot協(xié)議

為了統(tǒng)一x86平臺(tái)GRUB引導(dǎo)各式操作系統(tǒng)的流程，GRUB支持了Multiboot的引導(dǎo)協(xié)議，該協(xié)議定義了一個(gè)可識(shí)別的系統(tǒng)鏡像文件頭部應(yīng)具備的格式協(xié)議，Multiboot首部定義如下表所示。

SylixOS參照上表所示的Multiboot首部定義規(guī)則，對(duì)SylixOS的x86鏡像的Multiboot首部進(jìn)行了定義，如下圖所示。

并且按照Multiboot的協(xié)議要求，Multiboot的首部應(yīng)當(dāng)位于整個(gè)elf鏡像的首部位置，所以對(duì)于SylixOS的BSP鏡像工程，在鏈接Multiboot文件時(shí)需要指定其地址，如下圖所示。

4. SylixOS啟動(dòng)

4.1 GRUB解析bspx86.elf

GRUB啟動(dòng)時(shí)，會(huì)根據(jù)menu.lst文件加載對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)鏡像。

SylixOS的RealEvo-IDE默認(rèn)提供的menu.lst文件內(nèi)容如下圖所示。

在menu.lst文件中指定了GRUB啟動(dòng)的默認(rèn)等待時(shí)間timeout、默認(rèn)加載菜單項(xiàng)default以及各菜單條目。

如，菜單條目“title SylixOS(UP)”，其定義了使用GRUB的kernel命令引導(dǎo)bspx86.elf文件，并為其傳遞“ncpus=1 hz=1000”等參數(shù)。

GRUB的kernel命令會(huì)解析bspx86.elf文件，判斷其Multiboot首部的有效性，在有效性完整判斷結(jié)束之后，根據(jù)elf的頭信息，對(duì)bspx86.elf的各個(gè)段進(jìn)行重定位。

4.2 重定位入口地址

elf文件的頭信息中包含了該elf文件眾多的信息，使用elf文件分析工具等程序，可以查看elf文件頭部的信息，如下圖所示。

程序的入口地址是在elf文件中設(shè)定好的，所以GRUB在將SylixOS鏡像重定位后，也會(huì)將該入口地址設(shè)置在elf頭信息中指定的位置。

4.3 跳轉(zhuǎn)到主核入口地址

x86主核入口代碼如下圖所示。

以SylixOS的32位系統(tǒng)為例，在跳轉(zhuǎn)到該入口地址后，應(yīng)先設(shè)置棧指針，而設(shè)置棧指針之前，需要關(guān)閉中斷。

最后調(diào)用CALL命令，跳轉(zhuǎn)到C程序入口bspInit，而bspInit的兩個(gè)參數(shù)由%EBX和%EAX寄存器傳遞，分別為Multiboot的魔數(shù)和Multiboot信息結(jié)構(gòu)體的首地址。

4.4 主核引導(dǎo)從核啟動(dòng)

主核引導(dǎo)從核啟動(dòng)也是遵循了Intel制定的從核啟動(dòng)規(guī)則。

如下圖所示，BSP為BIOS引導(dǎo)的主核，AP為待BSP啟動(dòng)的從核。BSP需要首先向AP發(fā)送INIT IPI命令，之后連續(xù)發(fā)送兩次STARTUP IPI命令。

INIT IPI命令與STARTUP IPI命令都是固定的帶有參數(shù)的指令，通過(guò)核間中斷的方式進(jìn)行發(fā)送。

INIT IPI命令可以使AP自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位操作，并完成上電啟動(dòng)后POST自檢等硬件所需流程。

STARTUP IPI命令中可以指定從核跳轉(zhuǎn)到實(shí)模式執(zhí)行的指令內(nèi)容和地址，由此可以使從核按照SMP或AMP的流程進(jìn)行初始化。

總結(jié)

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