嵌入式文件系统启动流程与计算机系统启动步骤是怎样的？

liwen01 2024.04.14 前言 我们身边的各种电子设备，手机、手表、相机、个人电脑等等，从用户体验的角度看，好像只要给它们一上电，它们就开始启动可以工作了，这个过程一般是比较短暂的。 从一个嵌入式开发的角度来看，不管是嵌入式系统，还是其它的计算机系统，其启动过程都是一个相对复杂的过程。这个过程一旦出错，基本上设备就不能正常运行了。 (一)嵌入式系统启动 (1)存储架构示意图 我们先看一个嵌入式系统的存储架构示意图 嵌入式设备的存储介质一般有NOR Flash，NAND Flash、SD卡、EEPROM等，其中根据Flash接口的不同，又可以分期串行Flash(SPI Flash)和并行Flash。在芯片内部有它们对应的控制器。 于此同时，一般在芯片的内部，都会有一个比较小的SRAM和ROM，我们一般称它为内部SRAM和内部ROM。 我们的程序，包括系统程序和应用程序，一般都是存放在这些外接的存储介质上。 (2)启动过程 芯片上电执行的第一条程序，不是执行放置在外部Flash中的Boot程序，执行的是内部ROM上的程序 内部ROM里面的程序，会根据BOOT_SEL引脚的电平状态，判断需要从哪个存储器中启动，然后初始化该存储器的接口 存储器接口初始化完成后，将存储设备最开始的一小段程序程序(一般4~5K)加载到内部SRAM，通过这一小部分程序去初始化外部的DDR内存 外部DDR初始化完之后，再将Flash中剩下的代码复制到外部DDR中，然后再跳转到外部DDR中去执行BOOT剩下的代码 DDR上的BOOT程序会去初始化硬件并引导kernel的启动，随后kernel去挂载根文件系统 根文件系统去执行应用程序、并挂载在存储器上其它分区上的文件系统 这里需要对几个知识点需要注意： 并不是所有的系统都有BOOT_SEL引脚，在有些SOC上，还会通过BOOT_SEL引脚判断是否在烧录模式 如果去分析boot的编译连接脚本，你会发现，放置在boot程序最前面4K位置的代码，都是一些初始化、代码复制、重定位的代码，这部分一般是汇编实现。 因为内部SRAM的空间很小，所以内部ROM上的程序才会只复制前面的一小段程序。 启动过程的1~4步骤，有叫BOOT的自举，也有的叫BOOT 的重定位。 (3)启动阶段 其实不管是嵌入式系统，还是其它的计算机系统，其启动过程大概都可以分为三个阶段 ROM 阶段 RAM 阶段 BOOT 阶段 ROM阶段：指的是处理器内部的ROM程序阶段，主要作用是加载存储头部的一小段程序到内部RAM上，这部分的程序一般是使用汇编来实现。 RAM阶段：是指外部DDR已经被初始化，并且存储器中的程序已经被重定位到外部DDR上，从这开始，程序的堆栈空间可以被建立起来，C语言可以开始执行。 BOOT阶段：是指开始其它外围硬件初始化和引导系统启动。 (二)计算机系统启动 计算机系统因为历史悠久，外设种类众多，它的启动流程会复杂一些，根据固件类型(BIOS或UEFI)和分区表类型(MBR或GPT)的不同，计算机的启动一般可以分为BIOS启动和UEFI启动两种。 查资料看文档发现BIOS、UEFI、LEGACY这几个概念有些混乱，没有统一的定义。对大部分来说，它们理解的引导计算机启动的程序就叫BIOS 因此在这之前，我们统一一下说法，计算通过BIOS引导系统启动，根据BIOS固件的不同和磁盘的分区类型不同，又可以分为两种方式：LEGACY(传统BIOS)和UEFI启动。 (1)计算机主板接口与组件介绍 要了解计算机的启动流程，我们先看下一台个人计算机的主板上都有些什么接口和组件 主要的组件有：电源、CPU、南桥北桥芯片组、BIOS芯片、磁盘接口、还有各种扩展接口和连接器(内存、显卡、网卡声卡等等) 与启动比较相关的是电源、CPU、南北桥芯片组，BIOS芯片、磁盘、内存 (1)ATX电源ATX是一种主板的规范、符合ATX规范的电源就叫ATX电源，它的作用是是把交流220V的电源转换为计算机内部使用的5V、12V、24V等不同压值的直流电源。 另外，它还支持电源管理， ATX电源标准接口(如PS_ON、PWR_OK等)与主板通信，以实现电源的管理和控制，包括开机、关机、睡眠模式和节能功能等。