嵌入式系统篇--上电启动流程

1.ARM芯片上电启动流程

我们首先来了解几个关键词：
IROM (Internal ROM)：芯片内部固化存储代码的存储器
IRAM (Internal RAM)：在IROM启动运行的时候，外置SDRAM还没有初始化好，而IRAM是可用的，因此必须要把BL1加载到IRAM中运行，由BL1对SDRAM进行初始化。
Nand Flash ：芯片外部非易失闪存技术的存储器，没有地址总线，不能直接运行代码，需要将代码加载到RAM上面才能运行。
SDRAM：芯片外部的运行内存,由运行在IRAM上的BL1进行初始化,用于运行BL2与应用程序。
BL0：固化在芯片iROM中的启动代码。
  作用：初始化PPL和时钟，设置看门狗，关闭中断和看门狗，初始化堆和栈；判断硬件的启动方式，去不同的启动方式的启动设备里面加载BL1。
BL1：是指在IRAM自动从外扩存储器(nand/sd/usb)中拷贝的uboot.bin二进制文件的头，最大16K（一般是4K或8K）代码。
  作用：初始化硬件，初始化RAM，初始化串口，分配堆栈空间，清空.BSS段，加载BL2。
BL2：是指在代码重定向后在内存中执行的uboot的完整代码。
  作用：初始化本阶段要使用的硬件设备，加载内核，将内核映像和根文件系统映像从FLASH上读到RAM空间中，为内核设置启动参数。

上电启动流程：

• CPU先读取运行IROM里面固化的启动代码BL0，进行一些基本的初始化，比如初始化PLL和时钟，关闭看门狗初始化堆栈，将flash中BL1的代码加载到IRAM中，跳转到IRAM中BL1的执行地址执行BL1。
• 在BL1中初始化硬件设备，初始化串口，初始化SDRAM，将flash中BL2的代码加载到SDRAM中，分配堆栈空间，设置好栈跳转到SDRAM中BL2的执行地址执行BL2。
• 初始化本阶段使用的硬件设备，初始化MMU，检测系统内存映射， 将内核和文件系统从Flash读取到RAM中，为内核设置启动参数，加载内核，挂载文件系统。

note：

• 1、为什么BL0不初始化SDRAM呢？
  那是因为支持的SDRAM规格是可变的，由固化代码来初始化显得不够灵活，而且固化代码往往代码量比较小，因为越多越容易出BUG。
• 2、为什么不把BL2也加载到IRAM上运行？
  因为IRAM非常小，一般是96KB，而BL2一般会比96KB大，所以要在BL1中初始化SDRAM，然后将BL2加载到SDRAM中运行。

1.1 内核引导

当计算机打开电源后，首先是 BIOS开机自检，按照BIOS中设置的启动设备（通常是硬盘）来启动。操作系统接管硬件以后，首先读入 /boot 目录下的内核文件。

1.2 运行init初始化进程—— 初始化系统环境

  init 进程是系统所有进程的起点，你可以把它比拟成系统所有进程的老祖宗，没有这个进程，系统中任何进程都不会启动。
  由于init是 第一个运行的程序，它的进程编号（pid）就是1。其他所有进程都从它衍生，都是它的子进程。
  注意，Debian Linux环境下，内核文件加载以后，就开始运行第一个程序 /sbin/init 。

1.3 运行级别 —— runlevel

  许多程序需要开机启动。在 Windows叫做" 服务“（service），在 Linux就叫做” 守护进程“（daemon）。
  init进程的一大任务，就是去运行这些开机启动的程序。
但是，不同的场合需要启动不同的程序，比如用作服务器时，需要启动Apache，用作桌面就不需要。 Linux允许为不同的场合，分配不同的开机启动程序，这就叫做"运行级别"（runlevel）。也就是说，启动时根据"运行级别”，确定要运行哪些程序。

  Linux预置七种运行级别（0-6）。一般来说，0是关机，1是单用户模式（也就是维护模式），6是重启。运行级别2-5，各个发行版不太一样，对于Debian来说，都是同样的多用户模式（也就是正常模式）。

运行级别0：系统停机状态，系统默认运行级别不能设为0，否则不能正常启动
运行级别1：单用户工作状态，root权限，用于系统维护，禁止远程登录
运行级别2：多用户状态(没有NFS)
运行级别3：完全的多用户状态(有NFS)，登录后进入控制台命令行模式
运行级别4：系统未使用，保留
运行级别5：X11控制台，登录后进入图形GUI模式
运行级别6：系统正常关闭并重启，默认运行级别不能设为6，否则不能正常启动

  那么，运行级别有些什么程序呢，系统怎么知道每个级别应该加载哪些程序呢？每个运行级别在/etc目录下面，都有一个对应的子目录，指定要加载的程序。
/etc/rc0.d
/etc/rc1.d
/etc/rc2.d
/etc/rc3.d
/etc/rc4.d
/etc/rc5.d
/etc/rc6.d
上面目录名中的" rc"，表示 run command（运行程序），最后的d表示 directory（目录）。下面让我们看看树莓派 /etc/rc3.d 目录中到底指定了哪些程序。

pi@raspberrypi:/etc $ ls -al  /etc/rc3.d
total 16
drwxr-xr-x   2 root root  4096 Nov  9 15:03 .
drwxr-xr-x 134 root root 12288 Nov 18 16:34 ..
lrwxrwxrwx   1 root root    13 Sep 22 01:13 K01fio -> ../init.d/fio
lrwxrwxrwx   1 root root    22 Sep 22 01:07 S01avahi-daemon -> ../init.d/avahi-daemon
lrwxrwxrwx   1 root root    19 Sep 22 01:06 S01bluetooth -> ../init.d/bluetooth
lrwxrwxrwx   1 root root    26 Sep 22 01:07 S01console-setup.sh -> ../init.d/console-setup.sh
lrwxrwxrwx   1 root root    14 Sep 22 01:03 S01cron -> ../init.d/cron
lrwxrwxrwx   1 root root    14 Sep 22 01:13 S01cups -> ../init.d/cups
lrwxrwxrwx   1 root root    22 Sep 22 01:13 S01cups-browsed -> ../init.d/cups-browsed
lrwxrwxrwx   1 root root    14 Sep 22 01:06 S01dbus -> ../init.d/dbus
lrwxrwxrwx   1 root root    16 Sep 22 01:07 S01dhcpcd -> ../init.d/dhcpcd
lrwxrwxrwx   1 root root    16 Nov  9 15:03 S01docker -> ../init.d/docker
lrwxrwxrwx   1 root root    24 Sep 22 01:07 S01dphys-swapfile -> ../init.d/dphys-swapfile
lrwxrwxrwx   1 root root    17 Sep 22 01:09 S01lightdm -> ../init.d/lightdm
lrwxrwxrwx   1 root root    17 Sep 22 01:03 S01paxctld -> ../init.d/paxctld
lrwxrwxrwx   1 root root    18 Sep 22 01:10 S01plymouth -> ../init.d/plymouth
lrwxrwxrwx   1 root root    37 Sep 22 01:13 S01pulseaudio-enable-autospawn -> ../init.d/pulseaudio-enable-autospawn
lrwxrwxrwx   1 root root    22 Sep 22 01:05 S01raspi-config -> ..