📺 本课B站视频讲解(Bilibili):https://www.bilibili.com/video/BV1k1C9BYEAB/
📘 《Yocto项目实战教程》京东购买链接:Yocto项目实战教程
Jetson Linux 系统底层软件架构
✨ **本篇升级说明:**已根据你的要求,进一步强化大量表格、对照表、流程图、结构图,让所有底层概念更清晰、更系统、更易理解。所有关键部分都换成结构化表达方式。:启动流程、核心组件与行业对比(含 Rockchip / NXP)
本篇文章系统讲解 NVIDIA Jetson Linux(即 L4T / Jetson Linux BSP) 的底层软件架构,覆盖从 Bootloader → Kernel → RootFS 的全流程启动机制,并与 Rockchip / NXP 等主流 SoC 的底层体系进行对比分析,结合开源程度、可维护性、驱动架构、生态完整度、开发挑战与优势进行深入讲解。本篇内容不少于 4000 字,适合作为课程讲义、技术培训、公司内部知识文档或个人深度学习资料。
1. Jetson Linux(L4T)整体架构:总览表 + 结构图
1.1 总览大表:Jetson Linux 的组成
| 层级 | 组件 | 内容 | Jetson 角色 |
|---|---|---|---|
| Boot 阶段 | BootROM / MB1 / CBoot / UEFI | 完成电源、DDR、时钟、启动配置 | 硬件初始化核心层 |
| Kernel 层 | Linux-Tegra | NVIDIA 定制的内核 + 驱动 | GPU / ISP / NVENC / PCIe / 音频等 |
| 设备树层 | DTS / DTB / Overlay | SoC + Carrier Board 硬件描述 | 控制引脚/外设/拓扑 |
| 驱动层 | nvgpu、vi、isp、nvcsi、nvenc、snd、i2c 等 | Jetson 最关键的能力来源 | 负责全部硬件功能 |
| RootFS 层 | Ubuntu LTS | 用户空间、系统服务 | 提供完整 Linux 环境 |
| 用户态库 | CUDA / cuDNN / TensorRT / VPI 等 | AI & 多媒体核心能力 | Jetson 的价值核心 |
1.2 Jetson Linux 整体架构逻辑图
┌──────────────────────────┐
│ 应用层(AI/多媒体/视觉) │
└───────────▲───────────┘
│
CUDA / TensorRT / VPI
▲
│
┌──────────┴──────────┐
│ Linux Kernel(Tegra) │
└──────▲───────▲──────┘
│ │
nvgpu VI/ISP/NVENC
▲ ▲
│ │
┌──────┴───────┴──────┐
│ Bootloader(UEFI/CBoot) │
└────────────▲────────────┘
│
Jetson 硬件层
在这里插入图片描述
2. Jetson Bootloader:流程图 + 对照分析
2.1 启动阶段总表(全平台对照)
| 启动阶段 | Jetson | Rockchip | NXP i.MX | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| Stage 0 | BootROM | BootROM | BootROM | 固化在芯片,不可修改 |
| Stage 1 | MB1 固件 | TPL / SPL | SPL | 初始化 DDR、时钟、PMIC |
| Stage 2 | CBoot(MB2) | U-Boot SPL | U-Boot | 加载 Kernel/DTB |
| Stage 3 | UEFI(edk2) | 无 | 无 | Jetson 特有,安全性强 |
| Stage 4 | Kernel | Kernel | Kernel | 引导系统 |
Jetson 最大差异:使用 UEFI,而非传统 U‑Boot。 安全性、可扩展性更强。
2.2 Jetson 启动完整流程图
电源上电
↓
BootROM(固化)
↓
MB1:初始化 DDR / PMIC / 时钟
↓
MB2(CBoot):选择启动分区、加载 DTB、加载 Kernel
↓
UEFI:执行 EFI 程序 / Fastboot / SecureBoot 检查
↓
Kernel:启动驱动、挂载文件系统
↓
init → systemd → 用户空间
↓
Jetson 服务(argus-daemon / cuda / nv-power)
2.3 为什么 Jetson 采用 UEFI?(对照解释)
| 项目 | UEFI(Jetson) | U‑Boot(RK/NXP) | 优势 |
|---|---|---|---|
| 安全启动 | 强(EFI SecureBoot) | 中等 | ✔ 工业安全最优 |
| 可扩展性 | EFI 应用生态 | 依赖脚本 | ✔ 兼容桌面体系 |
| 工业支持 | 高 | 中等 | ✔ 大客户需求 |
| 设备树加载 | CBoot + UEFI 双机制 | U-Boot 单机制 | ✔ 灵活 |
结论:
Jetson 的 Bootloader 结构更现代、更安全、更面向工业级场景。
2.2 启动流程图
上电 → BootROM → MB1 → MB2(CBoot) → UEFI → Kernel → init → systemd → RootFS
其中 UEFI 取代传统的 U‑Boot,这是 Jetson 与 Rockchip/NXP 等平台最核心的结构差异之一。
Jetson 为什么不用 U-Boot?
理由如下:
- UEFI 更易支持安全启动(SecureBoot)
- UEFI 更易兼容桌面生态(GRUB / EFI 应用)
- NVIDIA 提供 CBoot 作为 SoC 特定初始化层,让 UEFI 更通用
- 对 PCIe/USB/高速外设的初始化更加标准化
在自动驾驶、工业、大规模量产领域,UEFI 的标准化优势比 U-Boot 更明显。
3. Jetson Kernel:驱动体系、代码结构、对比说明
3.1 Kernel 驱动构成表
| 驱动类别 | Jetson 驱动 | 核心功能 |
|---|---|---|
| GPU | nvgpu | CUDA 核心、TensorRT 加速基础 |
| 摄像头 | nvcsi / vi / isp | CSI → RAW → ISP → 输出 Buffer |
| 视频编解码 | nvenc / nvdec | H.264/H.265 编码/解码 |
| 显示 | nvdisplay | 合成器 + Plane + Overlay |
| 音频 | snd-hda / i2s | 高清音频、I2S 麦克风 |
| PCIe | pcie-tegra | 链路训练、电源管理 |
| PMIC | pca9450 等 | 电压/电流/时钟管理 |
3.2 Kernel 代码结构图
linux-tegra/
├── nvgpu/ # GPU 驱动核心
├── drivers/video/tegra/ # 显示控制器
├── drivers/media/platform/tegra/ # CSI/VI/ISP
├── drivers/firmware/tegra/ # 固件加载接口
├── sound/soc/tegra/ # 音频驱动
└── arch/arm64/boot/dts/nvidia/ # 设备树
3.3 Kernel 开源对比表
| 项目 | NVIDIA Jetson | Rockchip | NXP i.MX |
|---|---|---|---|
| GPU 驱动开源度 | ★☆☆☆☆(部分) | ★★★★☆(Panfrost) | ★★★☆☆(Etnaviv) |
| ISP 开源度 | ★☆☆☆☆(闭源) | ★★☆☆☆ | ★★☆☆☆ |
| 多媒体开源度 | ★★☆☆☆ | ★★★☆☆ | ★★★☆☆ |
| Kernel 主线化程度 | 中 | 高 | 高 |
结论:
Jetson 最大短板是开源程度,但驱动能力最强。
—|----------------|----------|----------------|
| Kernel 是否主线化 | 部分(多媒体未主线) | 主线化程度高 | 主线主导 |
| GPU 驱动开源度 | 低(nvgpu 非完全开源) | 中等(Panfrost) | 中等(Etnaviv) |
| ISP/Camera | 强(Argus/ISP 专有) | 中等 | 中等 |
| AI 加速库 | CUDA / TensorRT | RKNN | 无官方统一体系 |
| 多媒体能力 | 极强(NVENC/NVDEC) | 中等 | 较弱 |
| 工业成熟度 | 高 | 中 | 高 |
结论:
Jetson 多媒体与 GPU 能力压倒性领先,但开源程度不如 Rockchip / NXP。
4. RootFS:Ubuntu + NVIDIA 用户空间(表格解释)
4.1 RootFS 组件表
| 组件 | 来源 | 作用 |
|---|---|---|
| Ubuntu LTS | Canonical | 用户空间基础环境 |
| CUDA | NVIDIA | GPU 并行计算 |
| cuDNN | NVIDIA | 深度学习加速 |
| TensorRT | NVIDIA | 推理加速(INT8/FP16) |
| VPI | NVIDIA | 图像后处理/视觉加速 |
| GStreamer NV 插件 | NVIDIA | 视频处理和解码 |
4.2 Jetson 特有系统服务
| 服务 | 功能 |
|---|---|
| nvargus-daemon | 摄像头 pipeline/ISP |
| nvpmodel | 功耗&性能管理 |
| tegrastats | 实时硬件监控 |
| jetson_clocks | 性能锁定 |
4.3 RootFS 对比表
| 项目 | Jetson(Ubuntu) | Rockchip(Debian/Buildroot) | NXP(Yocto) |
|---|---|---|---|
| 易用性 | ⭐⭐⭐⭐⭐ | ⭐⭐⭐ | ⭐⭐⭐ |
| 软件包数量 | 极高 | 中 | 低 |
| AI 库支持 | 最完善 | RKNN 中等 | 无官方方案 |
-----|-------|
| /usr/lib/aarch64-linux-gnu/tegra/ | 多媒体、GPU、VPI 用户态库 |
| libnvv4l2.so | 硬件加速 V4L2 |
| libnvjpeg.so | 硬件加速 JPEG |
| libcuda.so | CUDA 核心库 |
| libnvonnxparser.so | TensorRT 加载器 |
与 Rockchip / NXP 对比
| 项目 | NVIDIA | Rockchip | NXP |
|---|---|---|---|
| RootFS 基础 | Ubuntu LTS | Buildroot / Debian | Yocto |
| 库生态完整度 | 极高 | 中等(RKNN 依赖闭源) | 中等 |
| 多媒体用户库 | 完整 | 部分闭源 | 较完整 |
结论:
Jetson 的 RootFS 是最“桌面级”的,功能完整,使用方便,非常适合 AI 研发。Rockchip 与 NXP 更偏嵌入式应用。
5. Jetson 全启动流程(增强流程图 + 各阶段职责)
5.1 完整流程图(增强版)
┌──────────────┐
│ 电源上电 + PMIC │
└───────▲────────┘
│
┌───────┴────────┐
│ BootROM(固化启动)│
└───────▲────────┘
│ 加载
┌───────┴────────┐
│ MB1:DDR/时钟初始化 │
└───────▲────────┘
│ 加载
┌───────┴────────┐
│ CBoot:加载 DTB / Kernel │
└───────▲────────┘
│ 跳转
┌───────┴────────┐
│ UEFI(安全启动 + EFI 应用)│
└───────▲────────┘
│ 启动
┌───────┴────────┐
│ Kernel(驱动初始化) │
└───────▲────────┘
│ 执行
┌───────┴────────┐
│ init → systemd │
└───────▲────────┘
│ 进入
┌───────┴────────┐
│ 用户空间 + Jetson 服务 │
└────────────────────┘
5.2 各阶段角色责任表
| 阶段 | 功能 | 核心责任 |
|---|---|---|
| BootROM | 固化引导 | 加载 MB1 |
| MB1 | 初始化硬件 | DDR、时钟、PMIC |
| CBoot | 次级引导 | 加载 DTB/Kernel、选择启动项 |
| UEFI | 安全与灵活性 | Fastboot、安全启动、EFI 服务 |
| Kernel | 驱动加载 | GPU/ISP/音频/PCIe 等 |
| systemd | 用户空间初始化 | 启动服务、挂载文件系统 |
6. Jetson vs Rockchip vs NXP:底层架构全表格对比
6.1 关键技术结构对比(总表)
| 项目 | NVIDIA Jetson | Rockchip | NXP i.MX |
|---|---|---|---|
| Bootloader | CBoot + UEFI | U-Boot | U-Boot |
| 内核 | Linux-tegra(深度定制) | 主线增强 | 主线增强 |
| GPU | CUDA + nvgpu | Panfrost | Etnaviv |
| ISP | 强 + 专有 Argus | 中等 | 中等 |
| 视频编解码 | NVENC/NVDEC(顶级) | rkmpp(不错) | 一般 |
| AI 加速 | CUDA+TensorRT | RKNN | 较弱 |
| RootFS | Ubuntu | Debian/Buildroot | Yocto |
| 工业可靠性 | 极高 | 中 | 高 |
| 开源程度 | 中低 | 高 | 高 |
6.2 哪些场景 Jetson 具有强优势?
| 任务类型 | Jetson 优势原因 |
|---|---|
| AI 推理 | CUDA + TensorRT(行业标准) |
| 多路相机 | NVCSI + VI + ISP 完整链路 |
| 高频视频处理 | NVENC/NVDEC 性能极强 |
| 边缘计算 | GPU 并行度高 |
| 工业机器人 | UEFI 安全性高、PCIe 全速 |
:底层架构大对比
6.1 软件整体架构对比(表格)
| 项目 | NVIDIA Jetson | Rockchip | NXP i.MX |
|---|---|---|---|
| Bootloader | CBoot + UEFI | U-Boot | U-Boot |
| Kernel | NVIDIA 定制 | 主线+厂商补丁 | 主线+厂商补丁 |
| RootFS | Ubuntu | Debian/Buildroot | Yocto |
| GPU 驱动 | nvgpu(闭源核心) | Panfrost | Etnaviv |
| AI 库 | CUDA/TensorRT(先进) | RKNN(闭源) | 无统一方案 |
| Camera 栈 | Argus + ISP | V4L2 + 部分 ISP DF | V4L2 |
| 视频编解码 | NVENC/NVDEC(性能极强) | rkmpp | VPU |
| 开源程度 | 中等偏低 | 中等偏高 | 高 |
| 工业成熟度 | 极高 | 中等 | 极高 |
6.2 最大区别总结
NVIDIA Jetson 的优势
- GPU 最强 → CUDA/TensorRT 全行业领先
- ISP、多媒体能力强
- 高性能 NVENC/NVDEC
- 完整的桌面级 Ubuntu 环境
- 支持 UEFI、安全引导、PCIe 完整拓扑
Rockchip 的优势
- 开源程度更高
- 社区活跃
- 价格低、国产化强
- RK3588 多媒体能力强(但仍逊于 NVIDIA)
NXP 的优势
- 工业稳定性强
- 社区主线内核支持度高
- 工业控制应用广泛
7. Jetson Linux 的挑战与局限性(结构化呈现)
7.1 挑战清单表
| 挑战 | 原因 | 对开发者的影响 |
|---|---|---|
| 开源程度不足 | GPU/ISP 多闭源 | 无法完全自定义驱动 |
| 相机系统复杂 | Argus/NVCSI 链路长 | 调试周期长 |
| 内核差异大 | 补丁巨大,难主线化 | 合并难度高 |
| 镜像大 | Ubuntu + CUDA 体积大 | 存储要求高 |
| 调试难度高 | 依赖多个固件/驱动层 | 难排查问题 |
7.2 Jetson 的价值仍然无可替代
| 核心能力 | 说明 |
|---|---|
| CUDA 体系 | 全球 AI 推理标准 |
| TensorRT | 性能顶级,速度领先竞品 |
| ISP 链路 | 工业级相机支持最完整 |
| 多媒体能力 | NVENC/NVDEC 极强 |
| Ubuntu 开发体验 | 软件生态远胜 RK/NXP |
尽管 Jetson 功能强大,也存在一定挑战:
7.1 开源程度不够高
- GPU 驱动不完全开源
- Argus Camera Stack 闭源
- 部分 NVISP/NVENC 功能封装较深
7.2 内核补丁巨大、难以主线化
Linux‑tegra 补丁超过 10000+ 修改,与主线差异非常大。
7.3 镜像体积大
Ubuntu + CUDA + 多媒体库 → 镜像动辄 10GB。
7.4 定制难度高
远高于 Rockchip / NXP,尤其是:
- Camera 调试
- ISP Pipeline
- 自定义 carrier board 的 pinmux/DTS
但这些限制换来的是:
性能极强、生态最丰富的 AI 硬件平台。
8. 总结:为什么 Jetson Linux 架构在 AI 时代最具优势?
| 能力 | Jetson | Rockchip | NXP |
|---|---|---|---|
| AI 推理能力 | ⭐⭐⭐⭐⭐ | ⭐⭐⭐ | ⭐⭐ |
| GPU 生态 | CUDA 最强 | 开源社区驱动 | 中等 |
| 多媒体 | NVENC/NVDEC 顶级 | RK3588 强 | 一般 |
| 摄像头 | Argus + ISP | 中等 | 中等 |
| 工业生态 | ⭐⭐⭐⭐ | ⭐⭐⭐ | ⭐⭐⭐⭐ |
Jetson Linux(L4T)之所以强,是因为:
- 系统架构为 AI 设计,不是传统嵌入式架构
- GPU 计算能力远超竞争对手
- 完整的 CUDA/TensorRT 生态
- 工业级多媒体能力
- 与 Ubuntu 深度融合
相比 Rockchip 和 NXP:
- Rockchip 更开源,但计算能力偏弱
- NXP 更稳定,但缺乏 AI 生态
最终结论:
Jetson Linux 是目前嵌入式 AI 计算最强的软件平台,其底层架构最接近“嵌入式超级计算机”。
📺 本课B站视频讲解(Bilibili):https://www.bilibili.com/video/BV1k1C9BYEAB/
📘 《Yocto项目实战教程》京东购买链接:Yocto项目实战教程
1225

被折叠的 条评论
为什么被折叠?



