《ARM+Linux启动过程分析》.doc

ARM Linux启动过程分析 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 中图分类号：TP316 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[1] ：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 内核在完成系统的初始化之后需要挂载某个文件系统做 为根文件系统（Root Filesystem）。根文件系统是 Linux 系统的核心组成部分，它可以做为 Linux 系统中文件和数据的存储区域，通常它还包括系统配置文件和运行应用软件所需要的 库。应用程序可以说是嵌入式系统的“灵魂”，它所实现的功能通常就是设计该嵌入式系统 所要达到的目标。如果没有应用程序的支持，任何硬件上设计精良的嵌入式系统都没有实用 意义。 从以上分析我们可以看出 bootloader 和 Linux 内核在嵌入式系统中的关系和作用。 Bootloader在运行过程中虽然具有初始化系统和执行用户输入的命令等作用，但它最根本的 功能就是为了启动 Linux 内核。在嵌入式系统开发的过程中，很大一部分精力都是花在 bootloader 和 Linux 内核的开发或移植上。如果能清楚的了解 bootloader 执行流程和 Linux 的启动过程，将有助于明确开发过程中所需的工作，从而加速嵌入式系统的开发过程。而这 正是本文的所要研究的内容。?2. Bootloader 2.1 Bootloader的概念和作用 Bootloader是嵌入式系统的引导加载程序，它是系统上电后运行的第一段程序，其作用 类似于 PC 机上的 BIOS。在完成对系统的初始化任务之后，它会将非易失性存储器（通常 是 Flash或 DOC 等）中的Linux 内核拷贝到 RAM 中去，然后跳转到内核的第一条指令处继 续执行，从而启动 Linux 内核。 由此可见，bootloader 和 Linux 内核有着密不可分的联系，要想清楚的了解 Linux内核 的启动过程，我们必须先得认识 bootloader的执行过程，这样才能对嵌入式系统的整个启动过程有清晰的掌握。 2.2 Bootloader的执行过程 不同的处理器上电或复位后执行的第一条指令地址并不相同，对于 ARM 处理器来说， 该地址为 0对于一般的嵌入式系统，通常把 Flash 等非易失性存储器映射到这个 地址处，而 bootloader就位于该存储器的最前端，所以系统上电或复位后执行的第一段程序 便是 bootloader。而因为存储 bootloader的存储器不同，bootloader的执行过程也并不相同， 下面将具体分析。 嵌入式系统中广泛采用的非易失性存储器通常是 Flash，而 Flash 又分为 Nor Flash 和 Nand Flash 两种。 它们之间的不同在于： Nor Flash 支持芯片内执行（XIP， eXecute In Place）， 这样代码可以在Flash上直接执行而不必拷贝到RAM中去执行。而Nand Flash并不支持XIP， 所以要想执行 Nand Flash 上的代码，必须先将其拷贝到 RAM中去，然后跳到 RAM 中去执 行。 实际应用中的 bootloader根据所需功能的不同可以设计得很复杂，除完成基本的初始化 系统和调用 Linux 内核等基本任务外，还可以执行很多用户输入的命令，比如设置 Linux 启 动参数，给 Flash 分区等；也可以设计得很简单，只完成最基本的功能。但为了能达到启动 Linux 内核的目的，所有的 bootloader都必须具备以下功能[2] ： 1) 初始化 RAM 因为