详解bootloader的执行流程与ARM Linux启动过程分析

BootLoader启动过程分析一、 Boot Loader的概念和功能1、嵌入式Linux软件结构与分布在一般情况下嵌入式Linux系统中的软件主要分为以下及部分：（1）引导加载程序：其中包括内部ROM中的固化启动代码和Boot Loader两部分。

而这个内部固化ROM是厂家在芯片生产时候固化的，作用基本上是引导Boot Loader。

有的芯片比较复杂，比如Omap3，他在flash中没有代码的时候有许多启动方式：USB、UART 或以太网等等。

而S3C24x0则很简单，只有Norboot和Nandboot。

（2）Linux kernel 和drivers。

（3）文件系统。

包括根文件系统和建立于Flash内存设备之上的文件系统（EXT4、UBI、CRAMFS等等）。

它是提供管理系统的各种配置文件以及系统执行用户应用程序的良好运行环境的载体。

（4）应用程序。

用户自定义的应用程序，存放于文件系统之中。

在Flash 存储器中，他们的一般分布如下：但是以上只是大部分情况下的分布，也有一些可能根文件系统是initramfs，被一起压缩到了内核映像里，或者没有Bootloader参数区，等等。

2、在嵌入式Linux中为什么要有BootLoader在linux内核的启动运行除了内核映像必须在主存的适当位置，CPU还必须具备一定的条件：【1】CPU寄存器设置：R0=0；R1＝Machine ID(即Machine Type Number，定义在linux/arch/arm/tools/mach-types)；R2＝内核启动参数在RAM中起始基地址；【2】CPU模式：必须禁止中断(IRQs和FIQs)；CPU 必须工作在是超级保护模式(SVC) 模式；【3】Cache和MMU的设置：MMU 必须关闭；指令Cache可以打开也可以关闭；数据Cache必须关闭；但是在CPU刚上电启动的时候，一般连内存控制器都没有配置过，根本无法在内存中运行程序，更不可能处在Linux内核的启动环境中。

arm版本linux系统的启动流程ARM架构是一种常见的处理器架构，被广泛应用于嵌入式设备和移动设备中。

在ARM版本的Linux系统中，启动流程是非常重要的，它决定了系统如何从开机到正常运行。

本文将详细介绍ARM版本Linux系统的启动流程。

一、引导加载程序（Bootloader）引导加载程序是系统启动的第一阶段，它位于系统的固化存储器中，比如ROM或Flash。

在ARM版本的Linux系统中，常用的引导加载程序有U-Boot和GRUB等。

引导加载程序的主要功能是加载内核镜像到内存中，并将控制权转交给内核。

二、内核初始化引导加载程序将内核镜像加载到内存后，控制权被转交给内核。

内核初始化是系统启动的第二阶段，它主要完成以下几个步骤：1. 设置异常向量表：ARM架构中，异常是指硬件产生的中断或故障，比如系统调用、中断请求等。

内核需要设置异常向量表，以便正确处理异常。

2. 初始化处理器：内核对处理器进行初始化，包括设置页表、启用缓存、初始化中断控制器等。

3. 启动第一个进程：内核创建第一个用户进程（一般是init进程），并将控制权转交给它。

init进程是系统中所有其他进程的父进程，负责系统的初始化工作。

三、设备树（Device Tree）设备树是ARM版本Linux系统中的一种机制，用于描述硬件设备的相关信息。

在内核初始化过程中，内核会解析设备树，并建立设备树对象，以便后续的设备驱动程序使用。

设备树描述了硬件设备的类型、地址、中断等信息，以及设备之间的连接关系。

它使得内核能够在运行时自动识别和配置硬件设备，大大提高了系统的可移植性和灵活性。

四、启动初始化（Init）启动初始化是系统启动的第三阶段，它是用户空间的第一个进程（init进程）接管系统控制权后的操作。

启动初始化主要完成以下几个任务：1. 挂载根文件系统：启动初始化会挂载根文件系统，使得用户可以访问文件系统中的文件和目录。

2. 加载系统服务：启动初始化会加载并启动系统服务，比如网络服务、日志服务、时间同步服务等。

优选（VR虚拟现实）ARMLinux启动过程分析ARM Linux启动过程分析赵楠本章学习目标：●了解Linux结构及平台属性●了解bootloader的相关知识●熟悉并掌握启动过程摘要：从嵌入式系统到超级服务站，嵌入式Linux 的可移植性使得我们可以在各种电子产品上看到它的身影。

Linux 是一个完整通用的Unix 类分布式操作系统，它的结构紧凑、功能强、效率高、可移植性好且在Internet 上可自由取用。

对于不同体系结构的处理器来说Linux的启动过程也有所不同。

本文以S3C2410 ARM处理器为例，详细分析了系统上电后bootloader的执行流程及ARM Linux的启动过程。

关键词：ARM Linux bootloader 启动过程Abstract: from the embedded system to super service station, embedded Linux portability allows us to various electronic products in the form of seeing it. Linux is a complete general Unix class distributed operating system, it's structure compact, the function is strong, high efficiency, good portability and in the Internet can be free to take. For different system structure of the processor is the start of the Linux process is also different. Based on the ARM processor S3C2410 as an example, the paper analyses system after the execution flow of electric bootloader and ARM Linux start-up process.Keywords: ARM Linux bootloader start-up process1. 引言Linux 最初是由瑞典赫尔辛基大学的学生Linus Torvalds在1991 年开发出来的，之后在GNU的支持下，Linux 获得了巨大的发展。

ARM Linux启动过程分析(1)摘要：嵌入式 Linux 的可移植性使得我们可以在各种电子产品上看到它的身影。

对于不同体系结构的处理器来说Linux的启动过程也有所不同。

本文以S3C2410 ARM处理器为例，详细分析了系统上电后 bootloader的执行流程及 ARM Linux的启动过程。

关键词：ARM Linux bootloader 启动过程Abstract:We can see embedded Linux in kinds of electronic productsb ecause of its portability. Linux’s start-up procedure for different processors is also different. This paper provides the analysis ofbootloader execution process and Linux kernel start-up procedure - taking the S3C2410 ARM processor as example. Keywords: ARM Linux bootloader start-up procedure 1. 引言 Linux 最初是由瑞典赫尔辛基大学的学生 Linus Torvalds在1991 年开发出来的，之后在 GNU的支持下，Linux 获得了巨大的发展。

虽然 Linux 在桌面 PC 机上的普及程度远不及微软的Windows 操作系统，但它的发展速度之快、用户数量的日益增多，也是微软所不能轻视的。

而近些年来 Linux 在嵌入式领域的迅猛发展，更是给 Linux 注入了新的活力。

一个嵌入式 Linux 系统从软件角度看可以分为四个部分：引导加载程序（bootloader）， Linux 内核，文件系统，应用程序。

其中bootloader是系统启动或复位以后执行的第一段代码，它主要用来初始化处理器及外设，然后调用 Linux 内核。

Linux BOOTLOADER全程详解(Arm S3C2410)网上关于Linux的BOOTLOADER文章不少了,但是大都是vivi,blob等比较庞大的程序,读起来不太方便,编译出的文件也比较大,而且更多的是面向开发用的引导代码,做成产品时还要裁减,这一定程度影响了开发速度,对初学者学习开销也比较大,在此分析一种简单的BOOTLOADER,是在三星公司提供的2410 BOOTLOADER上稍微修改后的结果,编译出来的文件大小不超过4k,希望对大家有所帮助.1.几个重要的概念COMPRESSED KERNEL and DECOMPRESSED KERNEL压缩后的KERNEL,按照文档资料,现在不提倡使用DECOMPRESSED KERNEL,而要使用COMPRESSED KERNEL,它包括了解压器.因此要在ram分配时给压缩和解压的KERNEL提供足够空间,这样它们不会相互覆盖.当执行指令跳转到COMPRESSED KERNEL后,解压器就开始工作,如果解压器探测到解压的代码会覆盖掉COMPRESSED KERNEL,那它会直接跳到COMPRESSED KERNEL后存放数据,并且重新定位KERNEL,所以如果没有足够空间,就会出错.Jffs2 File System可以使armlinux应用中产生的数据保存在FLASH上,我的板子还没用到这个.RAMDISK使用RAMDISK可以使ROOT FILE SYSTEM在没有其他设备的情况下启动.一般有两种加载方式,我就介绍最常用的吧,把COMPRESSED RAMDISK IMAGE放到指定地址,然后由BOOTLOADER把这个地址通过启动参数的方式ATAG_INITRD2传递给KERNEL.具体看代码分析.启动参数(摘自IBM developer)在调用内核之前，应该作一步准备工作，即：设置Linux 内核的启动参数。

Linux 2.4.x 以后的内核都期望以标记列表(tagged list)的形式来传递启动参数。

ARM体系架构下的linux启动之一，从bootloader到linux内核1. bootloader 的启动bootloader 本身叫做嵌入式系统的引导程序。

但是，它支持X86,MIPS,PowerPC,ARM 等多种体系架构。

对于操作系统的启动来讲，当机器开始上电时，首先加载bootloader，它用来完成最基本的硬件的初始化，然后加载Linux 内核。

用于ARM 的bootloader 一般为U-BOOT，用它来完成对linux 内核的加载设置，一般bootloader 烧写在开发板的Flash 里，包括Nor Flash 或Nand Flash，其中由于NorFlash 支持芯片内执行XIP(eXcute In Place)，代码可以直接在FLASH 上执行，而NandFlash 需要把代码拷到RAM 中再去执行。

但是RAM 的处理速度比Flash 的处理速度要快得多，一般仍然把代码放在RAM 中执行。

一般的bootloader 需要完成以下五种功能：1)RAM 的初始化：为调用linux 内核做准备。

2)串口的初始化：由于一般的嵌入式系统开发板上没有视频终端，只能用串口进行开发，串口的初始化非常重要。

3)检测处理器类型：用来预处理加载内核的处理器类型的传递工作。

4)设置Linux 的启动参数：包括加载地址，启动方式（从本地分区或NFS 进行根文件系统加载），以及Linux 根文件系统的加载方式。

通常用一个标记列表来记录linux 内核启动的各个参数。

5)调用linux 内核镜像：此时ARM 的处理器中的几个特殊的寄存器值：r0=0,r1=处理器类型,r2=标记列表在RAM 中的位置。

2. linux kernel 的启动分析。

uboot 代码运行流程U-boot是一款ARM处理器启动管理程序，在ARM开发板研发中具有非常广泛的应用，它可以在开发板上提供各种服务和支持，使得用户能够轻松地启动系统和进行应用开发。

本文将从U-boot代码运行流程方面来介绍U-boot的一般执行过程。

U-boot代码运行流程主要可以分为两个方面，即bootloader代码执行流程和内核启动代码执行流程。

1. Bootloader代码执行流程Bootloader是指从CPU开始运行到操作系统启动、执行前的代码。

它的主要功能是加载操作系统内核、初始化硬件环境以及对操作系统进行配置等。

U-boot在启动过程中需要经历以下几个步骤：1）CPU复位在系统上电或者发生复位时，CPU内部控制块将根据复位信号重新启动，并从指定地址处读取第一条指令。

2）初始化硬件U-boot对内存、Flash、串口等硬件进行初始化，然后启动U-boot的“彩屏”启动画面。

3）读取启动设备U-boot通过Boot Device Driver从存储设备（SD卡、NAND Flash等）中读取启动文件，然后执行它。

默认情况下，U-boot会从SD卡中读取启动文件。

4）解析启动文件U-boot解析启动文件，提取内核映像、设备树和命令行参数等关键信息。

然后执行其它操作，如设备树重定位、加入命令行参数等。

5）启动内核U-boot将内核映像从Flash中加载到内存中，并将控制权转交给内核。

此时内核开始执行，U-boot自己退出。

2. 内核启动代码执行流程内核启动代码主要是内核启动过程中的初始化工作。

启动过程中，操作系统需要对内存进行初始化、加载一些关键模块、初始化驱动程序等工作，以实现操作系统本身的功能。

1）内核初始化内核初始化包括内存管理、进程管理、文件系统、驱动程序初始化等。

此时内核会创建init进程和kthreadd进程。

2）加载模块内核启动后加载模块，模块提供了丰富的功能，如网络支持、图形界面等。

bootloader工作原理一、引言在计算机系统中，bootloader（引导加载程序）是启动计算机系统的第一个程序，它负责初始化硬件设备、加载操作系统内核，并将控制权交给操作系统。

本文将深入探讨bootloader的工作原理，包括引导过程、启动流程、主要功能等。

二、引导过程引导过程是计算机系统启动的第一个阶段，它从系统上电开始，直到操作系统内核加载完毕。

下面是引导过程的详细步骤：1.上电自检（Power-On Self-Test, POST）：计算机硬件进行自检，检查硬件是否正常工作。

2.加载BIOS：计算机启动时会加载基本输入输出系统（BIOS），BIOS是计算机硬件和操作系统之间的桥梁。

3.寻找可引导设备：BIOS会根据预设的启动设备顺序（如硬盘、光盘、USB等）寻找可引导设备。

4.加载bootloader：一旦找到可引导设备，BIOS会将控制权交给该设备上的bootloader。

5.bootloader初始化：bootloader会初始化计算机硬件设备，如显示器、键盘等。

6.加载操作系统内核：bootloader会从磁盘或网络中加载操作系统内核到内存中。

7.跳转到操作系统内核：一旦操作系统内核加载完毕，bootloader会将控制权转交给内核，操作系统开始执行。

三、启动流程bootloader的启动流程可以分为三个阶段：主引导程序（Master Boot Record, MBR）、可加载程序（Loader Program）和操作系统内核。

下面详细介绍每个阶段的功能和流程：1. 主引导程序（MBR）MBR是位于硬盘的第一个扇区（512字节），它包含了主引导记录、分区表和结束标志。

主引导记录（Master Boot Record）占446字节，其中包含了bootloader 的代码。

分区表（Partition Table）占64字节，记录了硬盘的分区信息。

结束标志（Boot Signature）占2字节，用于标识MBR的结束。