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ARM系统的启动过程与X86对比研究 实验报告 专业年级 07电信1班 姓 名 付远明 学 号 070102011105 指导老师 刘小洋 概述 Linux从问世到现在，短短的十几年时间已经发展成为功能强大、设计完善的操作系统之一，可运行在X86、MIPS、ARM、Motorola、NEC 等多种硬件平台，而且开放源代码，可以定制，在新兴的嵌入式操作系统领域获得了飞速的发展。PC主板上的CPU一般都是X86结构，方便于linux在其上的裁减和移植，Linux在PC上可成功移植为系统的后续快速开发奠定基础. 总体设计 通过对ARM和x86下linux的启动过程的分析，总结对比其不同，加强学习。 一.ARM的启动过程 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，可以从系统和软件上分为四个部分：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 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。? 1. 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 Linux 内核一般都会在 RAM 中运行，所以在调用 Linux 内核之前 bootloader 必须 设置和初始化 RAM，为调