2. 内核解压与入口点分析：zImage/Image的生成过程、解压代码位置与汇编入口

嵌入式 Linux 内核的启动从引导加载程序（Bootloader）将内核映像加载到内存开始。但实际执行的第一条指令并不在 C 语言编写的 start_kernel 中，而是位于一个精心设计的汇编解压程序里。理解 zImage 与 Image 的生成差异、解压代码的链接位置以及汇编入口的约定，是分析内核启动日志、定位早期崩溃的关键能力。

2.1 Image 与 zImage：两种内核映像的生成链路

内核编译的最终产物通常有两种形式：未压缩的 Image 和自解压的 zImage（或 uImage）。它们的生成流程在 Makefile 中严格区分。

2.2 zImage 的生成过程：压缩 + 解压桩链接

zImage 的构建并非简单压缩，而是将压缩后的内核数据与一段独立的解压程序（decompressor）打包在一起。其 Makefile 核心逻辑位于 arch/arm/boot/compressed/Makefile。

# arch/arm/boot/compressed/Makefile (简化示意)
# 1. 编译解压桩目标文件
obj-y += head.o misc.o decompress.o string.o

# 2. 链接生成 vmlinux（解压桩的ELF）
SEDFLAGS = s/TEXT_START/$(ZTEXTADDR)/; s/LOAD_ADDR/$(ZRELADDR)/
$(obj)/vmlinux: $(obj)/head.o $(obj)/piggy.o $(obj)/misc.o \
                $(obj)/decompress.o $(obj)/string.o FORCE
    $(call if_changed,ld)
    @$(OBJCOPY) -O binary -R .note -R .comment $@ $@.bin

# 3. piggy.o 包含压缩后的内核数据
$(obj)/piggy.o: $(obj)/piggy_data $(obj)/piggy.S FORCE
    $(call if_changed,as)

# 4. 最终生成 zImage
$(obj)/zImage: $(obj)/vmlinux.bin FORCE
    $(call if_changed,gzip)

2.3 解压代码位置与汇编入口：head.S 分析

zImage 的入口点位于 arch/arm/boot/compressed/head.S。当 Bootloader 跳转到 zImage 的起始地址时，CPU 首先执行这段汇编代码。其核心职责是：设置解压环境、解压内核、跳转到解压后的内核入口。

2.3.1 入口宏与启动模式检测

@ arch/arm/boot/compressed/head.S (ARMv7 典型入口)
.section ".start", "ax"

    .type   _start, #function
    .globl  _start
_start:
    @ 保存启动参数 (r1 = machine ID, r2 = ATAGs / DTB 地址)
    mov     r7, r1          @ 保存 machine ID
    mov     r8, r2          @ 保存 tags 地址

    @ 检查是否支持当前 CPU 架构
    mrc     p15, 0, r9, c0, c0      @ 读 CPU ID 寄存器
    bl      __lookup_processor_type
    teq     r10, #0
    beq     __error_p               @ 不支持的 CPU 则死循环

    @ 检查是否支持当前机器类型 (仅非 DT 启动)
    bl      __lookup_machine_type
    teq     r8, #0
    beq     __error_a               @ 不支持的机器则死循环

2.3.2 解压地址重定位与缓存使能

解压代码需要确保目标地址（ZRELADDR）与当前运行地址不重叠，否则会覆盖自身。head.S 通过计算当前 PC 与链接地址的偏移来决定是否需要重定位。

@ 判断是否需要自搬移
    adr     r0, _start              @ 当前运行地址
    ldr     r1, =_start             @ 链接地址 (ZTEXTADDR)
    subs    r0, r1, r0              @ 计算偏移
    beq     not_relocated           @ 偏移为0，无需搬移

    @ 需要重定位：将自身复制到链接地址
    ldr     r2, =_end               @ 解压桩结束地址
    add     r2, r2, r0              @ 计算源结束地址
    bl      memmove                 @ 搬移自身

not_relocated:
    @ 使能缓存，加速解压
    mrc     p15, 0, r0, c1, c0, 0   @ 读 SCTLR
    bic     r0, r0, #2              @ 清 A 位 (对齐错误)
    orr     r0, r0, #0x1000         @ 置 I 位 (指令缓存)
    mcr     p15, 0, r0, c1, c0, 0   @ 写 SCTLR

2.3.3 调用解压函数并跳转到内核

@ 准备解压参数
    ldr     r0, =_input_data        @ 压缩数据起始地址
    ldr     r1, =_input_data_end    @ 压缩数据结束地址
    ldr     r2, =_output_data       @ 解压目标地址 (ZRELADDR)
    mov     r3, #0                  @ 解压标志 (0: gzip)

    @ 调用 C 语言解压函数
    bl      decompress_kernel

    @ 解压完成，跳转到解压后的内核入口
    @ 内核入口在解压后的 Image 头部，即 stext
    ldr     r0, =_output_data       @ 解压后的内核基址
    mov     r1, r7                  @ 恢复 machine ID
    mov     r2, r8                  @ 恢复 tags 地址
    mov     pc, r0                  @ 跳转到内核入口

2.4 内核入口点：stext 与初始页表

当解压完成并跳转到 ZRELADDR 后，CPU 开始执行真正的内核入口——stext，定义在 arch/arm/kernel/head.S 中。这是内核启动的第一个 C 语言之前的汇编阶段。

@ arch/arm/kernel/head.S
    .globl  stext
    .type   stext, #function
stext:
    @ 设置为 SVC32 模式，关闭中断
    msr     cpsr_c, #(PSR_I_BIT | PSR_F_BIT | SVC_MODE)

    @ 检查 CPU ID 是否匹配 (再次确认)
    mrc     p15, 0, r9, c0, c0
    bl      __lookup_processor_type
    teq     r10, #0
    beq     __error_p

    @ 创建初始页表 (为开启 MMU 做准备)
    bl      __create_page_tables

    @ 开启 MMU
    ldr     r13, =__mmap_switched
    adr     lr, BSYM(__enable_mmu)
    mov     pc, lr

2.5 启动日志中的解压阶段标识

在启用了早期串口输出的平台上，解压阶段会打印特定字符串。通过分析这些日志，可以判断解压是否成功以及入口跳转是否正常。

2.6 本章小结

• Image 是纯二进制内核，无解压阶段；zImage 包含解压桩，体积更小但启动多一个阶段。
• zImage 的生成由 arch/arm/boot/compressed/Makefile 控制，核心是链接解压桩目标文件与压缩数据。
• 汇编入口 _start 负责保存参数、检测 CPU/机器类型、重定位、使能缓存、调用解压函数。
• 解压完成后跳转到 stext，开始创建页表并开启 MMU，最终进入 start_kernel。
• 启动日志中的 Uncompressing Linux... 和 done 是判断解压阶段是否正常的关键标志。