2.2 实模式setup阶段
setup用于体系结构相关的硬件的初始化工作。在32位x86平台，setup的入口点是arch\x86\boot\header.s中的_start，Boot Loader把setup代码加载到0x07c00上的某处后，将DS寄存器设置为该处的地址，之后再跳转到DS:200把控制器交由_start，最后跳转到start_of_setup。相关代码在arch\x86\boot\header.s中的定义如下：
.section ".inittext", "ax"
start_of_setup:
#ifdef SAFE_RESET_DISK_CONTROLLER
# 复位磁盘控制器
movw $0x0000, %ax # 复位磁盘控制器
movb $0x80, %dl # 所有的磁盘
int $0x13
# endif
# Force %es = %ds
movw %ds, %ax
movw %ax, %es
cld
# 如果%ss无效，则重新计算该堆栈指针
movw %ss, %dx
cmpw %ax, %dx # %ds == %ss?
movw %sp, %dx
je 2f
# 如果%ss无效，则建立新堆栈
movw $_end, %dx
testb $CAN_USE_HEAP, loadflags
jz 1f
movw heap_end_ptr, %dx
1: addw $STACK_SIZE, %dx
jnc 2f
xorw %dx, %dx # 防止死循环
2: # %dx应该指向堆栈空间的栈顶
andw $~3, %dx # 双字对齐
jnz 3f
movw $0xfffc, %dx # 确保%dx非零
3: movw %ax, %ss
movzwl %dx, %esp # 清除%esp的上半部
sti # 获取工作堆栈
pushw %ds
pushw $6f
lretw
6:
cmpl $0x5a5aaa55, setup_sig
jne setup_bad
# 清空bss
movw $_bss_start, %di
movw $_end+3, %cx
xorl %eax, %eax
subw %di, %cx
shrw $2, %cx
rep; stosl
# 跳转到C代码
call main
在该代码中，Boot Loader跳转到该段代码时，DS已经设置为setup加载的基地址，最后跳转到C代码的main函数。main函数在arch\x86\boot\main.c文件中的定义如下：
void main(void) { /* 首先把第一个扇区的参数复制到boot_params中 */ copy_boot_params(); /* 堆栈结束检查 */ if (boot_params.hdr.loadflags & CAN_USE_HEAP) { heap_end = (char *)(boot_params.hdr.heap_end_ptr +0x200-STACK_SIZE); } else { puts("WARNING: Ancient bootloader, some functionality " "may be limited!\n"); } /* 确保有适合CPU的支持 */ if (validate_cpu()) { puts("Unable to boot-please use a kernel appropriate" "for your CPU.\n"); die(); } /* 通知BIOS将要运行的CPU模式 */ set_bios_mode(); /* 检测内存的布局 */ detect_memory(); /* 设置键盘重复率 */ keyboard_set_repeat(); /* 设置视频模式 */ set_video(); /* 查询MCA信息 */ query_mca(); #ifdef CONFIG_X86_VOYAGER query_voyager(); #endif query_ist(); /* 查询APM信息 */ #if defined(CONFIG_APM) || defined(CONFIG_APM_MODULE) query_apm_bios(); #endif /* 查询EDD信息 */ #if defined(CONFIG_EDD) || defined(CONFIG_EDD_MODULE) query_edd(); #endif /* 进入保护模式 */ go_to_protected_mode(); }
该函数首先通过copy_boot_params()函数把位于第一个扇区的参数复制到boot_params中，该变量位于setup的数据段，之后设置系统硬件的相关参数，最后调用go_to_protected_mode()函数进入保护模式。对于copy_boot_params()函数的定义如下：
[main-> copy_boot_params] static void copy_boot_params(void) { struct old_cmdline { u16 cl_magic; u16 cl_offset; }; const struct old_cmdline * const oldcmd = (const struct old_cmdline *)OLD_CL_ADDRESS; BUILD_BUG_ON(sizeof boot_params != 4096); /* 把hdr结构中的参数复制到boot_params.hdr中 */ memcpy(&boot_params.hdr, &hdr, sizeof hdr); … }
该函数的主要操作是调用memcpy（&boot_params.hdr, &hdr, sizeof hdr）把hdr结构 中 的 参 数 复 制 到boot_params.hdr中。回 到main() 函 数 最 后 调 用 的go_to_protected_mode()函数在文件arch\x86\boot\Pm.c中的定义如下：
[main->go_to_protected_mode] void go_to_protected_mode(void) { /* 在离开实模式前，需要禁用中断 */ realmode_switch_hook(); /* 将内核/setup移到其最后的区域 */ move_kernel_around(); /* 开启A20门 */ if (enable_a20()) { puts("A20 gate not responding, unable to boot...\n"); die(); } /* 复位处理器 */ reset_coprocessor(); /* 屏蔽PIC的所有中断 */ mask_all_interrupts(); /* 开始进入保护模式 */ setup_idt(); setup_gdt(); //跳转至code32_start执行 protected_mode_jump(boot_params.hdr.code32_start, (u32)&boot_params + (ds() << 4)); }
该函数首先调用realmode_switch_hook()函数，之后进行复位处理器及屏蔽PIC中断等操作，最后调用protected_mode_jump()开启CR0寄存器的PE位进入保护模式，并跳转到code32_start执行。参数boot_params.hdr.code32_start在header.s中的定义如下：
…
code32_start: # 32位代码的起始地址
#ifndef_BIG_KERNEL_
.long 0x1000 # 0x1000 = zImage默认地址
#else
.long 0x100000 # 0x100000 =大内核的默认地址（bzImage）
#endif
…
从该段代码可以看出，程序将跳转到0x1000或0x100000处继续执行；参数（u32）&boot_params + (ds() << 4) 为boot_params的线性地址，由于此时仍为实模式，因此线性地址为段地址左移4 位（乘以16）再加上偏移。protected_mode_jump在arch\x86\boot \pmjump.S中的定义如下：
/*
* void protected_mode_jump(u32 entrypoint, u32 bootparams);
*/
protected_mode_jump:
movl %edx, %esi # 指向boot_params表
movl %eax, 2f # 2f处放置将要跳转的指令
…
movl %cr0, %edx
orb $1, %dl # 保护模式（PE）位
movl %edx, %cr0
jmp 1f
1:
movw %cx, %ds
movw %cx, %es
movw %cx, %fs
movw %cx, %gs
movw %cx, %ss
# 跳转至32位入口
.byte 0x66, 0xea # 跳转指令操作码
2: .long 0 # 偏移
.word _BOOT_CS # 段
.size protected_mode_jump, .-protected_mode_jump
由于arch\x86\kernel\head_32.S是编译到内核vmlinux中的，然后vmlinux经objcopy处理再经过压缩，最后被当做数据段的内容和arch\x86\boot\compressed\head_32.0链接，因此执行arch\x86\boot\compressed\head_32.S中的startup_32，将数据段中的压缩内核解压后，跳转至arch\x86\kernel\head_32.S的startup_32。