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ARM Linux 启动过程分析 作者：张俊岭 EMAIL: sprite_zjl@sina.com; jlzhang@tangrae.com.cn QQ: 251450387 日期：2008-8-9 说明： 本文档基于AT91SAM9260EK 板的，所用的Linux 内核版本为2.6.21 《ARM Linux 启动过程详解》 在嵌入式领域，ARM 架构与 Linux 操作系统的结合广泛应用，尤其在开发板如 AT91SAM9260EK 上。理解 ARM Linux 的启动流程对于系统级调试和优化至关重要。本文将深入解析 ARM Linux 从开机到内核运行的主要步骤。 我们需要区分两种类型的内核映像——非压缩和压缩。非压缩内核映像是未经过压缩的 Linux 内核代码，可以直接加载并执行。通过 `make Image` 命令生成，此过程中，内核模块被编译、链接成 ELF 格式的 vmlinux 文件，然后转换为二进制格式的 Image 文件。 压缩内核映像是为了减小存储占用，通过 `make zImage` 生成。非压缩内核映像（arch/arm/boot/Image）被 gzip 压缩成 piggy.gz 文件，再结合解压代码（在 compressed 目录下的 head.S 和 piggy.s 等文件）编译链接成一个新的 ELF 文件（vmlinux），最后转化为二进制格式的 zImage。这个 zImage 文件含有自我解压功能，启动时会先解压自身，然后执行非压缩内核。 内核的入口点是在汇编语言文件中定义的。对于 ARM 平台，非压缩内核的入口通常在 arch/arm/kernel/head.S 文件中。head.S 文件包含了启动初期的必要设置，如初始化处理器状态、内存管理单元（MMU）配置等。如果处理器支持 MMU，则在无 MMU 模式下，会使用特定的 head-nommu.o 文件。 启动过程大致分为以下几个阶段： 1. **硬件初始化**：在 CPU 加电后，硬件初始化通常由固件（如 Bootloader）完成，包括设置时钟、初始化内存控制器、加载内核映像到内存等。 2. **引导加载器**：Bootloader 如 U-Boot 或其他定制的 Bootloader，会加载内核映像（压缩或非压缩）到内存的适当位置，并跳转到内核入口点。 3. **内核初始化**：内核入口点（head.S）执行，进行基本的硬件配置，如设置栈指针、初始化页表、关闭中断等。之后，会调用 C 语言代码进行更复杂的初始化，如设备驱动初始化、内存管理设置等。 4. **内核解压**：如果使用的是压缩内核，此时会解压 zImage 中的内核映像。 5. **初始化进程（init）**：初始化进程（PID 为 0）启动，它是系统中的第一个进程，负责创建其他基础服务和用户空间的 init 进程。 6. **挂载根文件系统**：内核挂载根文件系统，这是系统运行所需的基本文件结构。 7. **启动用户空间**：系统通过 init 进程启动用户空间的第一个程序，通常是 /sbin/init 或者指定的其他启动脚本。 8. **系统服务**：用户空间的服务如网络、守护进程等开始运行，至此，系统进入正常运行状态。 整个启动流程涉及硬件、Bootloader、内核以及用户空间的交互，每个环节都至关重要。理解这一过程对于开发、调试和优化 ARM Linux 系统具有极高的价值。通过阅读和分析内核源码，我们可以更深入地了解这些细节，为解决实际问题提供有力支持。