【SoC】Boot 流程详解

当SoC芯片流片回来后，芯片本身处于一个完全未初始化的状态，此时芯片并不能正常工作，因此需要boot过程对SoC进行配置使其进入到正常工作状态。并且这一过程需要软件对硬件按照一定的顺序进行初始化和配置，以确保系统能够正常和高效的运行。以下是SoC boot可能会涉及到的流程。

1. 上电复位（Power-On Reset）

启动流程的第一步是上电复位。当SoC通电或复位信号触发时，SoC进入复位状态。复位电路会将所有寄存器和内存重置为已知的初始状态，确保系统从一个干净的状态开始启动。这一步类似于计算机的BIOS复位，确保硬件准备好接受后续指令。

2. 引导ROM代码执行（Boot ROM Execution）

复位完成后，SoC开始执行存储在片上ROM中的引导代码。引导ROM代码是由SoC厂商预先烧录的程序，不可更改。它的主要职责包括：

• 硬件初始化：初始化基本硬件组件，如时钟、内存控制器等。

• 外部存储检测：检测并配置外部存储设备（如NAND闪存、SD卡、SPI闪存等）。

• 引导加载程序加载：将引导加载程序（Bootloader）从外部存储设备加载到片内RAM或外部RAM中。

3. 引导加载程序（Bootloader）执行

引导加载程序是一个关键组件，它进一步初始化系统并加载操作系统。通常，Bootloader分为两个阶段：

阶段1（Stage 1 Bootloader）：

• 初始化最低限度的硬件环境。

• 配置和初始化内存子系统（如DDR SDRAM）。

• 为阶段2引导加载程序提供基础环境。

阶段2（Stage 2 Bootloader）：

• 完成更高级的硬件初始化，包括外设、网络和存储设备。

• 加载操作系统内核（Kernel）和初始内存盘（initrd/initramfs）到内存中。

• 将控制权移交给操作系统内核。

常见的引导加载程序有U-Boot和Barebox等，它们提供了丰富的功能来支持各种硬件平台和操作系统。

4. 操作系统启动（Operating System Boot）

当引导加载程序加载操作系统内核并将控制权移交给内核后，操作系统的启动过程正式开始。这个阶段包括：

内核初始化：

• 初始化内核自身的数据结构和子系统，如内存管理、进程管理、文件系统等。

• 初始化硬件设备驱动程序。

• 挂载根文件系统。

初始进程启动：

• 内核启动第一个用户空间进程（通常是init进程）。

• init进程根据系统配置和脚本执行一系列初始化任务，如启动守护进程和服务。

内核的启动过程类似于电脑开机时操作系统加载的过程，只不过在SoC上，这个过程更加紧凑和优化。

5. 用户空间初始化（User Space Initialization）

在操作系统内核成功启动后，系统进入用户空间初始化阶段。这包括：

• 启动脚本和服务：执行启动脚本（如/etc/init.d/中的脚本或systemd服务单元）来启动各种系统服务和守护进程。

• 用户登录和图形界面：启动登录管理器（如getty、lightdm等）和图形用户界面（如X Server、Wayland等），为用户提供交互界面。

这一阶段类似于计算机启动进入桌面环境的过程，是用户可以直接与设备交互的部分。

当然，这只是一个比较笼统的boot流程，针对到具体SoC肯定会有一些区别。比如引导加载程序的阶段数没有固定限制，复杂系统需要更多阶段的加载以实现更高的灵活性、扩展性和安全性。再比如对于没有操作系统的SoC，启动流程可以大大简化，尽管硬件初始化和引导ROM代码执行步骤仍然是必要的，但引导加载程序和应用程序启动步骤可以简化。