因为自己平时的工作和linux相关，特别是驱动，所以一直想深入的学习下内核的其他子系统，比如进程管理、内存管理、文件系统等等。为此，也看过许多相关的书籍，文章，但是总感觉不能内化为自己的知识。
后面也想到学习类似“教你从零写操作系统”的课程，但是我发现有几点对于我来说不合适的地方：
- 99%都是以x86架构来进行讲解，但是目前在嵌入式行业arm依旧是霸主地位
- 虽然相较Linux简单很多，但是至少从代码的层面都是自己的一套，对于学习Linux帮助不是很直接
经过不断的尝试，通过这样的一种方式来学习Linux可能会更适合我：
- 在一定的裸机代码的基础上（这个我下面会说明），从零、渐进地添加Linux代码进去，目标是先不管具体实现简单还是复杂，至少在功能上要和Linux无限接近
- 使用arm架构的开发板进行实际的调试
基于上述原则，入手了一块正点原子的imx6ull的开发板，选择这个板子的原因也很简单，一是armv7单核处理器，二是该板子配套提供了能让芯片运行起来的裸机代码，这也是上面说的“在一定的裸机代码的基础上”的意思。
同时，我也会把自己的学习过程进行记录，一来能帮助自己对知识进行总结，加深理解，二来也可以供大家参考。
这里介绍下我使用的正点原子提供的裸机代码的目录结构，之后会在此基础上面进行更新：
minilinux
├── bsp
│ ├── beep
│ ├── clk
│ ├── delay
│ ├── epittimer
│ ├── exit
│ ├── gpio
│ ├── int
│ ├── key
│ ├── keyfilter
│ ├── led
│ └── uart
├── imx6ul
├── obj
├── project
└── stdio
├── include
└── lib-
bsp：芯片的时钟、中断初始化以及各种外设的驱动等
-
imx6ul：芯片的寄存器定义头文件
-
obj：存放编译后产生的目标文件
-
project：启动代码，具体如下：
project ├── main.c └── start.S
-
stdio：提供printf等函数的实现代码
补充一句，工程名就叫minilinux吧！
后续我会在gitee上面进行更新，地址如下：
https://gitee.com/asymptotee/minilinux
进程是操作系统的核心，也是联系其他子系统的纽带。即使有Linux这个巨人，想要在代码层面从零实现进程管理并不简单。
那就先从最简单的进程切换开始，哦不对，应该是函数的切换。
现在有如下两个函数：
/*
* minilinux/project/main.c
*/
void function1(void)
{
printf("enter %s\r\n", __func__);
while (1) {
printf("this is %s\r\n", __func__);
delayms(200);
}
}
void function2(void)
{
printf("enter %s\r\n", __func__);
while (1) {
printf("this is %s\r\n", __func__);
delayms(200);
}
}想要实现在两个函数之间连续切换，可以怎么做？
答：在function1中调用function2，在function2中调用function1
嗯....可以，但是似乎有点呆，并且不具备通用性。
还可以使用汇编语言：
/*
* minilinux/project/start.S
*/
.global __switch_to
.type __switch_to function
__switch_to:
mov pc, r0这里将__switch_to声明为全局符号以及类型为function，具体的汇编代码只有一句mov pc, r0，这样可以在c代码中这样调用：
__switch_to(function1);因为第一个参数function1根据c与汇编的调用规则默认会传递给r0寄存器，而mov pc, r0的作用就是将r0的值给到pc寄存器，这样cpu可以直接跳转到pc，也就是function1的地址处，该地址也即是function1函数的起始地址。
修改后的main.c代码如下：
/*
* minilinux/project/main.c
*/
void function1(void)
{
printf("enter %s\r\n", __func__);
while (1) {
printf("this is %s\r\n", __func__);
delayms(200);
__switch_to(function2);
}
}
void function2(void)
{
printf("enter %s\r\n", __func__);
while (1) {
printf("this is %s\r\n", __func__);
delayms(200);
__switch_to(function1);
}
}
int main(void)
{
int_init(); /* 初始化中断(一定要最先调用！) */
imx6u_clkinit(); /* 初始化系统时钟 */
delay_init(); /* 初始化延时 */
clk_enable(); /* 使能所有的时钟 */
led_init(); /* 初始化led */
beep_init(); /* 初始化beep */
uart_init(); /* 初始化串口，波特率115200 */
__switch_to(function1);
return 0;
}这样的话，便可以实现在两个函数之间连续切换，并且具备很好的通用性，因为__switch_to可以跳转到有效范围内任意给定的参数的位置。
执行情况如下：
enter function1
this is function1
enter function2
this is function2
enter function1
this is function1
enter function2
this is function2
...... 嗯，看起来不错。
仔细想想便可以发现虽然可以切换，但是每次切换后都会从函数的起始处开始执行，并不会在上次切换的位置处继续执行，这从打印的信息中也可以很容易发现。
这就已经可以借鉴Linux的代码了，也就是大名鼎鼎的__switch_to。这里我已经把和此处功能实现无关的代码删除，只留下了最核心的：
/*
* linux/arch/arm/kernel/entry-armv.S
*/
/*
* Register switch for ARMv3 and ARMv4 processors
* r0 = previous task_struct, r1 = previous thread_info, r2 = next thread_info
* previous and next are guaranteed not to be the same.
*/
ENTRY(__switch_to)
add ip, r1, #TI_CPU_SAVE
stmia ip!, {r4 - sl, fp, sp, lr} @ Store most regs on stack
add r4, r2, #TI_CPU_SAVE
ldmia r4, {r4 - sl, fp, sp, pc} @ Load all regs saved previously
ENDPROC(__switch_to)对于arm架构的cpu，想要记住代码执行的位置，需要将切换时一些必要的cpu寄存器记录下来，当需要切换回来的时候再恢复到相应的cpu寄存器即可。
这样的话，针对每一个函数都需要一个结构体来将这些寄存器的值记录下来，在Linux中的arm架构下该结构体为：
/*
* linux/arch/arm/include/asm/thread_info.h
*/
struct cpu_context_save {
__u32 r4;
__u32 r5;
__u32 r6;
__u32 r7;
__u32 r8;
__u32 r9;
__u32 sl;
__u32 fp;
__u32 sp;
__u32 pc;
__u32 extra[2]; /* Xscale 'acc' register, etc */
};这里便可以引入著名的task_struct结构体，众所周知，该结构体用来记录一个进程的所有信息。但是cpu_context_save并不是直接内嵌在task_struct中，还有一个thread_info结构体：
/*
* linux/arch/arm/include/asm/thread_info.h
*/
struct thread_info {
struct cpu_context_save cpu_context; /* cpu context */
};
/*
* linux/include/linux/sched.h
*/
struct task_struct {
struct thread_info thread_info;
};这里，关于这两个结构体我都只截取了目前用到的内容，后面会随着内容的增加进行添加。
关于__switch_to还有几点需要注意：__
-
ENTRY以及ENDPROC的实现见linux/include/linux/linkage.h，目前可以直接写出
-
从注释可以看到__switch_to有三个参数，这里r0，也就是第一个参数目前用不到
-
TI_CPU_SAVE定义如下：
/*
* linux/arch/arm/kernel/asm-offsets.c
*/
DEFINE(TI_CPU_SAVE, offsetof(struct thread_info, cpu_context));也就是cpu_context结构体在thread_info结构体的偏移，由于目前thread_info中只有cpu_context一个元素，所以可以设置为0即可。
综上，修改后的__switch_to如下：
/*
* linux/arch/arm/kernel/entry-armv.S
*/
/*
* Register switch for ARMv3 and ARMv4 processors
* r0 = previous task_struct, r1 = previous thread_info, r2 = next thread_info
* previous and next are guaranteed not to be the same.
*/
.global __switch_to
.type __switch_to function
__switch_to:
add ip, r0, #0
stmia ip!, {r4 - sl, fp, sp, lr} @ Store most regs on stack
add r4, r1, #0
ldmia r4, {r4 - sl, fp, sp, pc} @ Load all regs saved previously最后，main.c代码如下：
/*
* minilinux/project/main.c
*/
struct task_struct task1;
struct task_struct task2;
void function1(void);
void function2(void);
void function1(void)
{
printf("enter %s\r\n", __func__);
while (1) {
printf("this is %s\r\n", __func__);
delayms(200);
printf("%s(): before __switch_to\r\n", __func__);
__switch_to(&task1, &task2);
printf("%s(): after __switch_to\r\n", __func__);
}
}
void function2(void)
{
printf("enter %s\r\n", __func__);
while (1) {
printf("this is %s\r\n", __func__);
delayms(200);
printf("%s(): before __switch_to\r\n", __func__);
__switch_to(&task2, &task1);
printf("%s(): after __switch_to\r\n", __func__);
}
}
int main(void)
{
int_init(); /* 初始化中断(一定要最先调用！) */
imx6u_clkinit(); /* 初始化系统时钟 */
delay_init(); /* 初始化延时 */
clk_enable(); /* 使能所有的时钟 */
led_init(); /* 初始化led */
beep_init(); /* 初始化beep */
uart_init(); /* 初始化串口，波特率115200 */
task1.thread_info.cpu_context.sp = 0x90000000;
task2.thread_info.cpu_context.sp = 0x91000000;
task1.thread_info.cpu_context.pc = function1;
task2.thread_info.cpu_context.pc = function2;
function1();
return 0;
}需要注意的点：
- 实例化两个task_struct结构体全局变量task1以及task2，并在main中对sp，也就是栈指针分别进行初始化；对pc，也就是cpu的跳转地址分别进行初始化
- 在function1中调用__switch_to(&task1, &task2)，保存当前function1的执行位置到task1中的cpu_context，并恢复task2的cpu_context到cpu的寄存器，完成跳转
- 在function2中调用__switch_to(&task2, &task1)，保存当前function2的执行位置到task2中的cpu_context，并恢复task1的cpu_context到cpu的寄存器，完成跳转
- 由于修改__switch_to，所以将main中的__switch_to(function1)改为直接调用function1()
修改后执行情况如下：
enter function1
this is function1
function1(): before __switch_to
enter function2
this is function2
function2(): before __switch_to
function1(): after __switch_to
this is function1
function1(): before __switch_to
function2(): after __switch_to
this is function2
function2(): before __switch_to
function1(): after __switch_to
......可以看到，已经能记录到上次切换时执行的位置：
- “enter function1”、“enter function2”分别只打印了一次
- 以function1的切换过程为例，当function1在切换到function2又切换回来后，打印信息为“function1(): after __switch_to”，也就是上次切换时的下一条指令的位置处
居然能在切换后在原位置继续执行，有点意思，不过这才是千里之行的第一步。但是缺点也很明显，需要显式的调用__switch_to来进行切换动作，可不可以借助一个外力来执行切换，而对于function们是无感的呢？
欲知后事如何，且听下回分解。