ARM——驱动——Linux启动流程和Linux启动

一、flash存储器

lash存储器，全称为Flash EEPROM Memory，又名闪存，是一种长寿命的非易失性存储器。它能够在断电情况下保持所存储的数据信息，因此非常适合用于存储需要持久保存的数据。Flash存储器的数据删除不是以单个的字节为单位，而是以固定的区块为单位，区块大小一般为256KB到20MB。

在ARM系统中，Flash存储器主要分为两种类型：NOR Flash和NAND Flash。

1. NOR Flash（可线性访问与内存访问方式相同） ：
   • 特点：地址线和数据线分开，可以像内存一样进行随机访问。支持XIP（Execute In Place，片内执行），即代码可以直接在NOR Flash上执行，无需复制到内存中。
   • 应用：由于其快速读取速度和数据不易失的特点，NOR Flash常被用作启动存储介质，存储操作系统的引导程序、内核映像等关键文件。
2. NAND Flash（不可线性访问必须配个专门的程序访问） ：
   • 特点：地址线和数据线共用，需要通过特定的命令和地址控制来读取数据。写入和擦除速度比NOR Flash快，但读取速度相对较慢。不支持XIP，需要通过软件控制读取时序。
   • 应用：由于其高容量和低成本的特点，NAND Flash常被用作大容量数据存储介质，如存储设备中的文件系统和数据分区。

二、Linux操作系统启动

Linux启动是一个复杂但有序的过程，它涉及从系统加电到用户登录界面的多个步骤。以下是Linux启动过程的详细解析：

一、启动准备阶段

1. **固件初始化**：

• 在x86系统中，通常是通过BIOS（基本输入输出系统）或UEFI（统一可扩展固件接口）进行初始化。BIOS/UEFI负责硬件初始化、自检以及加载固件驱动程序等。

• 在ARM架构中，情况可能有所不同。ARM处理器通常不直接包含BIOS的概念，而是可能使用如OpenSBI（开源的RISC-V虚拟化二进制接口）或其他类似机制进行启动前的准备工作。

2. **启动设备选择**：

• BIOS/UEFI会检测并识别可启动的设备，如硬盘、光盘、USB设备等，并根据预设的启动顺序或用户设置的启动选项，选择一个可启动的设备作为启动介质。

二、加载引导程序（Boot Loader）

1. **Boot Loader的作用**：

• Boot Loader是引导加载程序 ，负责加载内核文件到内存中，并传递一些参数给内核。常见的 Boot Loader有GRUB（GRand Unified Bootloader）、LILO等。

• 在ARM架构中，u-boot是另一种常见的Boot Loader，它主要用于嵌入式系统。2. **加载过程**：

• 当BIOS/UEFI找到启动设备后，它会读取该设备上的主引导记录（MBR）或UEFI应用程序（如GRUB的.efi文件）。

• Boot Loader被加载到内存中并执行，它会进一步加载操作系统内核。

三、加载内核(kernel)

1. **内核的作用**：

• 内核是Linux系统的核心，负责管理系统资源、提供系统服务、驱动硬件设备等。

2. **加载过程**：

• Boot Loader将内核映像文件加载到内存中，并设置必要的参数。

• 内核被加载后，会进行解压缩、初始化各种模块和组件等操作。

1、引导程序bootloader----为内核启动准备环境

初始化CPU（工作模式）

初始化异常线性表

初始化栈

关看门狗

初始化内存

关闭Cache

关闭MMU

初始化相关的硬件（串口调试，网口）

集成相关的协议

搬移内核内核到内存

向内核传参（根文件系统类型/位置，控制台，init进程，IP（如果需要））

启动内核（PC向内核所在的内存地址）

------------boot loader不再控制CPU,CPU的控制权彻底交给内核

2、内核（一个大的程序并未用户提供操作接口）

进程管理 内存管理 网络管理 文件管理 设备管理

内核最后的阶段时：加载根文件系统（以挂载的形式）

启动init进程-》shell-》userapp

3、加载根文件系统

可执行程序（系统的命令，普通程序）

配置文件

库 （静态/动态）

普通文本（文本/MP3/jpg）

四、运行init进程

1. **init进程的作用**：

• init是Linux系统的第一个用户空间进程（通常称为1号进程），负责启动和管理其他进程。

2. **运行过程**：

• init进程会读取配置文件（如/etc/inittab、/etc/systemd/system等），确定运行级别（runlevel）并执行相应的初始化脚本。

• 不同的Linux发行版可能使用不同的init系统（如SysVinit、Upstart、Systemd等），但基本流程和目的相似。

五、启动服务

1. **服务的作用**：

• 服务是Linux系统提供的各种功能和应用，如网络、图形界面、数据库等。

2. **启动过程**：

• 根据运行级别的设置，init系统会启动相应的服务。这些服务通常由/etc/rc.d目录下的脚本来管理。

六、建立终端和用户登录

1. **建立终端**：

• 终端是Linux系统与用户交互的界面，可以是文本模式或图形模式。

• 终端由init系统或桌面环境根据配置来创建和管理。

2. **用户登录**：

• 用户登录是Linux系统验证用户身份和权限的过程。用户可以通过用户名和密码、公钥和私钥等方式进行登录。

• 登录后，用户可以执行各种命令和操作。

七、Linux运行级别

Linux系统有七个运行级别（从0到6），每个级别代表不同的系统状态和功能：

• **0**：系统停机状态，不能正常启动，只能关闭电源。

• **1**：单用户工作状态，只有root权限，用于系统维护和修复，禁止远程登录。

• **2**：多用户状态，没有网络文件系统（NFS）支持。

• **3**：完全的多用户状态，有NFS支持，适合服务器和命令行模式的用户。

• **4**：系统未使用，保留给用户自定义。

• **5**：图形用户界面（GUI）状态，有NFS支持，适合桌面和图形界面的用户。

• **6**：系统重启状态，不能正常启动，只能重新启动系统。

三、启动。

1、下载一个bootloader到norflash的0地址处（）

查看和设置环境变量

删除后记得保存才能达到修改环境变量的效果。

U-Boot（Universal Boot Loader）是一种广泛使用的开源引导加载程序，它允许用户从各种设备（如硬盘、USB设备、网络等）加载操作系统。U-Boot提供了丰富的命令行接口（CLI），允许用户执行各种硬件级别的操作，比如配置硬件、加载和启动操作系统等。

下面是一些常用的U-Boot命令及其基本用途：

1. printenv / setenv
   • printenv：打印当前环境变量。
   • setenv VAR value：设置环境变量VAR的值为value。
2. bootm
   • 用于从内存地址处直接启动内核，通常需要知道内核映像的内存地址。
3. bootz
   • 从内存地址处启动压缩的内核映像，需要指定内核映像、DTB（设备树）和内核解压后的存放地址。
4. boot
   • 根据环境变量中配置的启动命令来启动系统。
5. tftpboot
   • 通过TFTP协议从服务器下载文件到内存中。常用于从TFTP服务器加载内核映像或设备树。
6. loadb / loads / loady / loadx
   • 从串行端口、USB、以太网等不同接口加载数据到内存中。
7. nfs
   • 从NFS服务器加载文件。
8. fatload / ext2load / ext4load
   • 从FAT、ext2或ext4文件系统中加载文件到内存中。
9. mm / nm / md
   • mm：内存修改命令，允许修改内存中的值。
   • nm：内存显示命令，显示内存中的值（但不允许修改）。
   • md：内存显示命令，以十六进制格式显示内存内容。
10. cp
    • 复制内存中的数据。
11. ping
    • 测试网络连接。
12. reset
    • 重启系统。
13. saveenv
    • 将当前的环境变量保存到非易失性存储器中（如EEPROM、闪存等）。
14. version
    • 显示U-Boot的版本信息。
15. help
    • 显示帮助信息，或指定命令后加?来获取该命令的详细帮助。
      综上所示：

Uboot命令：

reset 重启uboot

setenv abc 123 设置环境变量

savenv 保存环境变量到nand

setenv abc 删除环境变量

ping 目标 iP

tftp 030008000 ulmage

bootm 0x30008000(启动内核)

（go 0x30008000 运行程序）

下载tftpd到内核中

挂载

遇到这这种情况：
1、内核已经启动完毕，2、根目录有错误