嵌入式Linux系统启动过程详解

当前嵌入式的发展远远大于传统的PC领域,那么嵌入式上的linux和PC上到底有什么区别呢?我们知道PC上基本是window一统天下,在PC上linux使用场景不是很多,除了研发领域.在个人电脑领域,window占据了绝大多数市场,但是在服务器领域,linux系统占据了大部分市场,可能很多电脑小白不知道.我们今天的内容是嵌入式上linux的启动流程,首先看一下嵌入式和PC的差异.

首先PC得益于强大的intel x64 x86处理器,即我们常见的i7 i5,运算和处理能力超级强,是任何嵌入式设备无法企及的.大名鼎鼎的骁龙835需要几个CPU组合一起才能抵得上一个老旧的i3处理器,所以在PC上cpu RAM 和存储设备都可以认为是异常强大的,对嵌入式设备来说就是”海量”. 我们来看一下嵌入式设备的配置,手机基本上上算是最强大的 嵌入式设备的,性能根本无非和PC媲美,但一般的嵌入式设备配置要和手机差得太远,比如我们网上买的一个 家庭安防摄像头,里面跑了一套linux系统,他的 物理配置是什么? 400MHZ的CPU,100MBRAM,和64MB-flash!!!!没错,太低端了.所以 嵌入式上的软件远不能和PC软件进行比较,嵌入式上linux和PC上的linux有什么区别??

首先两套系统都是同一分源码编译而来的,所不同的是,嵌入式对源码进行了大量的裁剪,即删除了大量用不到和很少用的功能,同时对很多功能进行简化,是linux系统能在很低的配置上运行起来,还必须节省资源以满足其他软件的运行.所以嵌入式软件开发和PC身上最大的一个差异就是 节省 节省在节省.

我们看一下PCwindow的启动流程:首先开机的时候,会出现黑屏白字的界面,这是我们熟知的bios,接下来会出现绚丽的window启动界面,最后windos启动成功,然后window系统会从C盘寻找需要开机启动的应用程序,执行,启动结束.我们总结一下,整个过程分为三分部,第一部分是bios 属于bootloard的一种,第二部分是window,即操作系统,第三部分属于应用启动,而应用存放在磁盘/文件系统中.即 bootloader->os->filesystem.

同样在嵌入式上也遵守三大件套路,只是 嵌入式养不起bios这个庞然大物(100M),所以嵌入式选择u-boot作为其bootloader, u-boot大小只有200KB左右,功能基本满足使用,所以嵌入式上使用u-boot最多.第二阶段是操作系统,嵌入式上肯定是linux系统了.第三阶段,即 linux启动完成会读取filesystem,执行一些开机应用,整个系统结束.

那么u-boot是如何跳转到linux系统呢? 首先u-boot将linux os代码拷贝到指定的RAM地址,然后执行 MOV PC addr,即完成了CPU的指令切换,下一跳指令即开始运行linux的起始位置. Linux第一条指令必须是汇编代码,因为C语言无法指令是编译器进行分配,不能将特定的指令放在特定的位置(比如起始位置); 但是因为汇编的复杂和难懂,所以汇编代码要尽可能的少,尽可能快的跳转到C去执行. 但是C需要堆栈环境,这一点汇编必须提前做好,然后就是C的天下了.

一个设备,硬件可以分为两部分,第一部分是CPU,第二部分是外设.那么应该县初始化哪一个呢?答案是CPU. 接下来要针对CPU进行初始化,不同的CPU初始化方式不一样,要跳转到不同的CPU代码中去执行. 初始化CPU之后就会进行一些核心的外设初始化,比如串口 ,但是不忙着显示屏 网卡的初始化,因为不需要他们linux也能工作.接下来会进行进程的创建 中断初始化 定时器初始化 等linux系统核心功能的初始化,这么都是软件层面上的功能,这PC上linux是一致的.

最后linux会启动第一个进程,init进程,他是一个用户进程,init进程是所以进程的父类.init进程执行什么动作呢?他会读取/etc/init.d/rcS配置文件,该配置文件描述了有哪些开机需要指定的任务或者应用. 要注意,嵌入式上的linux使用的文件系统和Ubuntu redhat是不一样的,嵌入式上的filesystem是经过极度精简的,很多命令都是简化版,使用方式不一定和PC上系统,但是功能是满足你的需要.