内核启动流程-港品优选

内核启动流程

芯片上电之后会执行固化在芯片0地址处的Boot_ROM代码，这段代码：

根据BOOT_MODE引脚的电平决定启动方式
10 ：从内部启动
根据BOOT_CFG引脚的电平决定从哪个存储介质中读取代码
BOOT_CFG的引脚共有24个，其中的四个（BOOT_CFG1[7 : 4]）决定设备类型，010X:SD; 011X:emmc; ......
然后读取前4K的uboot.imx放在OCRAM中（包含IVT、boot_data、DCD）

DCD：包含DDR内存的配置信息、PLL时钟初始化的信息

boot_data：包含uboot.bin的长度和目标地址等信息

IVT：包含entry地址（程序入口地址0X87800000）（start.S）

4. 然后Boot_ROM代码会根据DCD中的信息初始化DDR内存，根据boot_data中的信息读取uboot.bin全文放在DDR中，根据IVT跳转到程序入口地址0X87800000去执行start.S

至此，Boot_ROM将CPU的控制权交给uboot，uboot会从start.S开始进行下面的操作：

阶段	代码位置	主要任务
汇编初始化	`start.S`	设置向量表、关闭 MMU/Cache、初始化栈
C 早期初始化	`board_init_f`	初始化串口、规划内存布局
重定位	`relocate_code`	搬移自身、修正地址、清空 .bss
完整初始化	`board_init_r`	初始化驱动、加载环境变量、进入命令行
引导内核	`bootz/bootm`	加载内核与 DTB、跳转到 Linux 入口

第一阶段：汇编级初始化（start.S）

这是 U-Boot 的入口，全部由汇编代码完成，主要做三件关键事：

设置异常向量表：在0x87800000开头放置 ARM 中断向量表，并把 VBAR 寄存器指向这里，为后续中断处理做准备。
切换到 SVC（管理模式）：确保 CPU 运行在最高特权级，并禁用 FIQ 和 IRQ 中断，防止早期阶段被意外打断。
关闭 MMU 和 Cache：此时 DDR 刚初始化完成，MMU 和 Cache 尚未建立，直接关闭它们是安全的。这一操作也确保后续代码执行在“平坦”物理地址上，避免缓存一致性问题。
初始化栈指针（SP）：为 C 语言环境准备临时栈，通常指向0x87800000上方的一段空间。

第二阶段：C 语言环境初始化（board_init_f）

汇编完成后，跳转到 C 语言入口board_init_f，执行早期初始化：

初始化串口（UART），打印第一行启动信息（如U-Boot 2020.04 ...）。
检测 DDR 大小，并规划内存布局，决定将 U-Boot 自身重定位到哪个地址（通常就是当前的0x87800000，或更高的0x8xxxxxxx）。
初始化时钟、GPIO 等基础外设，但此时设备驱动模型尚未完全建立。

第三阶段：重定位（relocate_code）

这是 U-Boot 启动中最核心的一步，虽然我们已经在0x87800000运行，但 U-Boot 可能还会进行一次自我搬移（取决于配置）：

将 U-Boot 镜像从当前地址（0x87800000）复制到规划好的“最终运行地址”（可能是0x8FF00000等高端地址）。
修正.rel.dyn段中的重定位表，将所有绝对地址跳转修正到新地址。
清空.bss段（未初始化的全局变量区域）。
跳转到新地址的入口，继续执行。

第四阶段：完整初始化与命令行（board_init_r）

重定位完成后，进入board_init_r，这是 U-Boot 的“完全体”：

初始化设备驱动模型（DM），扫描总线上的所有设备（如 eMMC、网络、USB 等）。
加载环境变量（bootcmd），从存储介质（eMMC/SD）或默认配置中读取。
初始化网络协议栈，支持 DHCP/TFTP 等网络引导方式。
进入命令行交互（=>提示符），等待用户输入命令；或者自动执行bootcmd中的指令，开始引导 Linux 内核。

最终：引导 Linux 内核

当用户执行bootz或bootm命令时，U-Boot 会：

从指定地址（如0x80008000）加载内核镜像（zImage）。
从指定地址（如0x83000000）加载设备树（DTB）。
设置内核启动参数（r0=0, r1=machine_id, r2=dtb_addr）。
关闭 MMU 和 Cache，跳转到内核入口（0x80008000），将控制权交给 Linux。

此后，U-Boot 的使命彻底完成，Linux 内核开始启动。

当U-Boot执行bootz或bootm，跳转到0x80008000这个地址后，Linux内核就正式接管了CPU的控制权。

第一步：内核入口与解压（汇编阶段）

0x80008000这个地址，是U-Boot和Linux内核约定的“碰头地点”。U-Boot在跳转前，会确保内核镜像（zImage或uImage）已经被加载到这里。

约定俗成的地址：0x80008000是ARM架构下非常常用的内核加载地址。这个值在制作内核镜像时，通过mkimage工具的-e（入口点）参数指定，并写入了镜像头部。U-Boot执行bootm命令时，会解析这个头部，最终跳转到这个地址。
真正的入口：这个地址的代码通常是arch/arm/boot/compressed/head.S。这是一段位置无关的汇编代码，主要负责检查自身是否在正确位置，如果不是则进行自我搬运，然后解压真正的大内核映像（vmlinux），最后跳转到解压后的内核入口（通常叫stext）。

第二步：内核主体初始化（汇编转C，开启MMU）

跳转到解压后的stext（定义在arch/arm/kernel/head.S）后，内核开始执行自身的初始化。这部分任务主要是：

验证硬件信息：检查U-Boot传入的设备树（DTB）或ATAGS是否合法。
创建临时页表：为开启MMU（内存管理单元）做准备。
开启MMU：使能虚拟地址，从此内核运行在虚拟地址空间。
跳转到C世界：最后，它会跳转到__mmap_switched，这个函数会完成数据段和BSS段的初始化，然后执行最后一条汇编指令，跳转到start_kernel()，从此进入纯C语言的世界，并且不再返回。

第三步：start_kernel()—— Linux的“大脑”开始运转

start_kernel()（在init/main.c中）是整个Linux内核初始化的核心，它像一个大总管，会按顺序调用数百个初始化函数，搭建起系统的骨架。

其中几个关键函数包括：

setup_arch()：进行架构相关的特定设置，比如解析U-Boot传递过来的设备树，获取内存信息等。
mm_init()：初始化内存管理子系统，这是内核最核心的模块之一。
sched_init()：初始化进程调度器，从此内核有了管理多任务的能力。
init_IRQ()：初始化中断处理系统。
console_init()：初始化控制台，在此之前，所有的printk打印信息都只能缓存在内存里，这个函数执行后我们才能在串口上看到启动日志。

第四步：rest_init()—— 第一个“用户”进程诞生

start_kernel()的最后一步是调用rest_init()，它完成了从内核态到用户态的转变。

创建kernel_init线程（PID=1）：这个内核线程最终会执行/init程序（或者由init=参数指定的程序），变成所有用户空间进程的祖先——init进程。
创建kthreadd线程（PID=2）：这是内核的守护进程，专门负责创建和管理其他的内核线程。
进入空闲循环：完成以上创建后，最初的CPU核心会进入cpu_idle()函数，变成系统的空闲进程，在没有其他任务需要执行时运行。

至此，Linux内核的启动核心流程就完成了。init进程会依据配置文件（如/etc/inittab或/etc/systemd/system/）启动系统服务，最终呈现一个可操作的控制台或图形界面。

需要注意的是，该流程就是一套完整的SPL->uboot->kernal的启动流程，因为，在NXP i.MX这类芯片中，Boot_ROM内部集成了SPL的功能。它直接通过读取uboot.imx头部的DCD（设备配置数据）来初始化DDR，并把整个U-Boot拽进内存。

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