ARM Linux啟動流程大致為：bootloader---->kernel---->root filesystem。bootloader 是一上電就拿到cpu 的控制權(quán)的，而bootloader實現(xiàn)了硬件的初始化。bootloader儼然就成了Power on 之后”第一個吃螃蟹”的代碼。

談到這就得想到硬件機制是如何滿足這個功能的了。CPU內(nèi)部一般都集成小容量的SRAM(又叫stapping stone，墊腳石)，當(dāng)系統(tǒng)一上電，NAND controler 就自動地將Nand flash 里的前內(nèi)容復(fù)制到墊腳石里，而PC 指針一上電就指向墊腳石的起始地址0x00000000。這樣這一部分的代碼就可以得到執(zhí)行。所以，這一部分的代碼就是 bootloader 部分，那一上電bootloader 不就可以得到運行了么？事實確實如此，在嵌入式Linux的軟件系統(tǒng)中，nandflash前面一部分代碼往往就是bootloader ，然后就是kernel, 再接著就是根文件系統(tǒng)。

說了這么多，好像都沒說到啟動流程啊，別著急，咱慢慢談，所謂磨刀不誤砍柴工嘛。

要說啟動流程，如果只是簡單的介紹從哪到哪，誰干了啥啥，得到的結(jié)果可能只是只知其然不知其所以然。個人覺得隨著CPU的PC指針走，循著代碼的足跡才能把整個流程理清楚，當(dāng)找到了代碼的執(zhí)行過程，再分析一下代碼，自然知道了哪個部分完成了哪些事，更重要的是為代碼的移植打下了堅實的基礎(chǔ)。自然這個過程是痛苦和枯燥的，甚至是看代碼看了幾天也沒弄明白，不過這也是一種鍛煉。

bootloder

前面說了，bootloader一上電就拿到了cpu 的使用權(quán)，它當(dāng)然得干一些初始化的工作啊，比如關(guān)閉看門狗、設(shè)置cpu 的運行模式、設(shè)置堆棧等等比較急迫的事情。當(dāng)然還要對主板的一些其他硬件進行簡單的初始化，比如外部DDR內(nèi)存、網(wǎng)卡、顯示屏、nand flash等等的初始化工作，最后還要負責(zé)把Linux內(nèi)核加載到內(nèi)存中。正所謂責(zé)任和權(quán)力是并存的嘛，你得到了權(quán)益，當(dāng)然就得付出。當(dāng)bootloader 完成它的使命之后就會把cpu 的使用權(quán)交給下一部分代碼：kernel 。

kernel

在討論kernel 是如何啟動之前，先了解kernel 的組成結(jié)構(gòu)以及是如何得來的。下面這張圖是內(nèi)核編譯即將結(jié)束時顯示的信息：

下面的這張圖說明了上面的編譯過程，

可以看到，當(dāng)內(nèi)核源文件編譯鏈接成 vmlinux 文件以后還進行了幾個模塊的編譯和鏈接。其中（1）vmlinux 是ELF格式的object文件，這種文件只是各個源代碼經(jīng)過連接以后的得到的文件，并不能在arm平臺上運行。（2）經(jīng)過objcopy這個工具轉(zhuǎn)換以后，得到了二進制格式文件Image，Image文件相比于vmlinux 文件，除了格式不同以外，還被去除了許多注釋和調(diào)試的信息。（3）Image文件經(jīng)過壓縮以后得到了piggy.gz ,這個文件僅僅是Image的壓縮版，并無其他不同。（4）接著編譯生成另外幾個模塊文件misc.o、big_endian.o、head.o、head-xscale.o，這幾個文件組成一個叫bootstrap loader的組件，又叫引導(dǎo)程序。編譯生成 piggy.o 文件。（5）最后piggy.o文件和bootstrap loader 組成一個bootable kernel Image 文件（可啟動文件）。

可以看到最后得到的可執(zhí)行文件就是上圖最右邊那個，這也是我們最后燒寫到開發(fā)板的鏡像。其中piggy.o 就是內(nèi)核鏡像，而剩下的幾個文件就組成了引導(dǎo)程序。

下面開始討論CPU的流轉(zhuǎn)過程，還是用一個圖來展示：

從上圖可以看出，系統(tǒng)一上電就開始執(zhí)行bootloader。當(dāng)bootloader 執(zhí)行完以后，把控制權(quán)交給了引導(dǎo)程序的head.o 文件里的start 標號處，當(dāng)引導(dǎo)程序完成引導(dǎo)工作以后就將控制權(quán)轉(zhuǎn)給真正的內(nèi)核的head.o 文件里的start 標號處。這里就是內(nèi)核的入口點，最后內(nèi)核的head.o將控制交給main.o 的start_kernel 函數(shù)。這樣，通過查看相應(yīng)的代碼就可以知道這些代碼到底完成了哪些工作。在這里我們可以找到相應(yīng)的代碼，分析一下，看它們到底完成哪些事。下面是我的分析結(jié)果：

引導(dǎo)程序：

head.o從bootloader接過控制權(quán)，并完成如下任務(wù)：

1.使能 I/D caches ，關(guān)閉中斷 ， 建立C運行環(huán)境（即設(shè)置堆棧）由 head.o 和head-xscal.o 完成

2.解壓縮并重定位代碼 ，由misc.o 完成

3.其他硬件相關(guān)的設(shè)置，如big.endian.o 為cpu設(shè)置大端模式

內(nèi)核入口點：從引導(dǎo)程序接過控制權(quán)，完成如下任務(wù)

1.檢查有效的cpu 和cpu的信息

2.創(chuàng)建初始化頁表入口

3.使能MMU

4.檢測錯誤并報告

5.跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核本身 main.c 文件里的 start_kernel（）函數(shù)

內(nèi)核啟動：

從 kernel 的head.o接過控制權(quán)，開始內(nèi)核的啟動，在這里完成內(nèi)核的初始化，如內(nèi)核各個子系統(tǒng)的初始化。

root filesystem

到此止，kernel完成了系統(tǒng)硬件探測及硬件驅(qū)動的初始化，內(nèi)核空間的相關(guān)工作已經(jīng)完成，開始向用戶空間轉(zhuǎn)移，內(nèi)核空間通過一個間接的initrd（一個虛擬的文件系統(tǒng)）向用戶空間過度，然后開始掛載跟文件系統(tǒng)了，其過程：initrd---->/sbin/init---->/etc/inittab。

initrd是一個虛擬的文件系統(tǒng)，里面有l(wèi)ib、bin、sbin、usr、proc、sys、var、dev、boot等一些目錄，其目錄有點像真的/，所以我們稱之為虛擬的根文件系統(tǒng)，作用就是將kernel和真的根文件系統(tǒng)建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，讓kernel去initrd中加載根文件系統(tǒng)所需要的驅(qū)動程序，并以讀寫的方式掛載根文件系統(tǒng)，并讓執(zhí)行用戶當(dāng)中第一個進程init。

init執(zhí)行完畢以后會啟動系統(tǒng)內(nèi)的/etc/inittab文件，來完成系統(tǒng)系統(tǒng)的初始化工作。