问将Linux移植到另一个平台需求

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尽管Linux内核中的大多数代码都是用C编写的，但仍然有许多代码部分非常特定于运行它的平台，需要对此进行说明。

这方面的一个特殊例子是虚拟内存，它在大多数体系结构(页面表的层次结构)上以类似的方式工作，但对每种体系结构都有具体的细节(例如每个体系结构中的级别数，而且随着新的更大芯片的引入，甚至在x86上也在增加)。Linux内核代码引入宏来处理遍历这些层次结构的问题，这些层次结构可以被编译器在页面表级别较少的体系结构上删除(因此代码是用C编写的，但考虑到了体系结构的细节)。

许多其他领域对于每个体系结构都是非常特定的，需要使用特定于arch的代码来处理。不过，其中大多数都涉及汇编语言中的代码。例子如下：

• 上下文切换:上下文切换涉及为进程切换保存所有寄存器的值，并从计划到CPU的进程的保存集中恢复寄存器。甚至寄存器的数量和集合对于每个体系结构都是非常特定的。此代码通常在程序集中实现，以允许对寄存器的完全访问，并确保它尽可能快地运行，因为上下文切换的性能对系统至关重要。
• 系统调用:用户空间代码触发系统调用的机制通常是特定于体系结构的(有时甚至特定于特定的CPU模型，例如Intel和AMD为此引入了不同的指令，旧CPU可能缺少这些指令，因此这些指令的细节仍然是唯一的)。
• 中断处理程序:关于如何处理中断(硬件中断)的详细信息通常是特定于平台的，通常需要一些组装级的胶水来处理用于平台的特定调用约定。此外，启用/禁用中断的原语通常是特定于平台的，并且还需要汇编代码。
• 初始化:如何进行初始化的详细信息通常还包括特定于平台的细节，并且通常需要一些汇编代码来处理内核的入口点。在具有多个CPU (SMP)的平台上，有关如何将其他CPU联机的详细信息通常也是特定于平台的。
• 锁定基元:锁定原语(如自旋锁)的实现通常也涉及特定于平台的细节，因为某些体系结构提供(或更喜欢)不同的CPU指令来有效地实现这些指令。一些将实现原子操作，一些将提供一个cmpxchg，它可以进行原子测试/更新(但如果另一个编写器首先进入)，则会失败，另一些将包括CPU指令的“锁”修饰符。这些通常也涉及编写程序集代码。

可能还有其他领域需要在内核中使用特定于平台或体系结构的代码(特别是在Linux内核中)。查看内核源代码树，arch/和include/arch/下都有特定于体系结构的子树，在这里您可以找到更多的例子。

有些是令人惊讶的，例如，您将看到每个体系结构上可用的系统调用的数量是不同的，一些系统调用将存在于某些体系结构中，而不存在于另一些体系结构中。(即使在x86上，32位内核和64位内核之间的syscalls列表也不同。)

简而言之，内核需要注意很多特定于平台的情况。Linux内核试图抽象其中的大多数，因此更高级别的算法(例如内存管理和调度工作方式)可以在C中实现，并在所有体系结构上工作相同(或者大部分相同)。

除了移植Linux内核之外，您还需要为“用户空间”程序定义应用程序二进制接口 (ABI)，并移植用户空间软件堆栈的最低层。Linux通常与GNU项目的低级用户空间组件一起使用，其中最关键的是：

• C编译器、汇编程序和链接器：GCC和GNU Binutils。对于一个全新的CPU架构，您甚至需要在开始移植内核之前移植这个软件，因为内核本身就是一个C程序，必须进行编译。如果已经有对平台CPU的“后端”支持，而不是以Linux作为操作系统内核，那么您所要做的工作就少得多，并且您可以将大部分工作推迟到内核启动和运行之后才能完成。
• C运行库："GNU libc“。该库包括进行系统调用并与内核直接交互的代码。
• “外部函数接口”库利布菲是许多高级语言解释器的重要组成部分，它执行少数几个需要少量手写汇编语言的任务之一。

其他许多软件都有可选的平台相关组件；例如，如果您为新的CPU体系结构编写用于NSS和OpenSSL的手工优化密码原语，以及为IonMonkey和V8编写即时编译后端，则网页浏览将大大加快速度。但这些并不是提出一个新平台所必需的。

你必须告诉内核你要移植的硬件。内核的工作是直接与硬件接口，因此为了使其正常工作，内核需要了解CPU、振荡器(时钟)和任何外围设备，如各种串行端口(SPI、CAN、I2C等)。

在过去，您可以通过编写特定于平台的代码来实现这一点，然后驱动程序将使用这些代码来运行。现在，这是通过编写一个设备树定义来完成的。