linux 从上电到操作系统运行的完整启动流程

1. 上电阶段 (Power-On)

• 硬件上电：电源供应稳定，系统硬件启动。关键硬件（如电压调节器、电容等）确保电路达到工作条件。
• 复位信号：复位电路释放复位信号，使 CPU 开始从预定义的地址（通常是 ROM 的起始地址）执行代码。

2. 引导阶段 (Bootloader)

引导阶段是嵌入式系统启动的核心部分，负责初始化硬件并将操作系统加载到内存中。可以分为以下几个子阶段：

（1）第一阶段引导 (Stage 1 Bootloader)

• 代码存储位置：通常是固化在芯片内部的片上存储器。
• 关键功能：
  o CPU 初始化：设置时钟频率、配置缓存和 MMU（若有）。
  o 基础硬件初始化：初始化 DRAM（如果操作系统需要加载到 RAM 中）、串口（用于调试）。
  o 加载第二阶段引导程序到 RAM 中。

（2）第二阶段引导 (Stage 2 Bootloader - uboot)

• 硬件初始化：初始化CPU外设（工作模式、中断、关MMU等）和板级外设（网卡、存储控制器、显示设备等）
• uboot重定位：把uboot从低地址搬到高地址，给kernel腾位置
• kernel加载：将操作系统镜像（如 Linux 的内核）从外部存储（NAND、eMMC、SD 卡等）加载到 DRAM 中
• 设备树加载：将设备树加载到 DRAM 中
• 设置启动参数（bootargs）：将根文件系统地址、控制台等信息存储在设备树的 chosen 节点中传递给 kernel
• 跳转到kernel：通过bootz或bootm命令传递内核和DTB地址，并跳转到内核入口点

Bootloader 通常被分成多个阶段，以实现模块化和灵活性。第一阶段占用更少的空间并能运行在有限的存储器中，而第二阶段则承担更复杂的任务。

3. 内核加载阶段 (Kernel Boot)

操作系统内核接管引导过程，完成系统初始化。以 Linux 为例：

• 硬件抽象层初始化：
  o 初始化中断控制器。
  o 设置内存管理（分页、虚拟内存等）。
  o 初始化时钟和调度器。
• 驱动加载：
  o 解析设备树，加载设备驱动程序（如 UART、I2C、SPI）。
  o 设置根文件系统（Root Filesystem）。
• 挂载根文件系统：操作系统需要一个文件系统来访问用户级应用程序和资源。

4. 用户空间初始化 (User Space Init)

内核完成后，启动用户空间的进程，通常包括：

• init 进程：用户空间的第一个进程，负责启动其他系统服务和应用程序。
• 系统服务启动：
  o 启动守护进程（如网络管理、日志服务）。
  o 加载动态模块（如驱动程序模块）。
• 运行用户应用程序：最终执行目标应用程序，例如嵌入式 GUI 或控制系统逻辑。

5. 运行阶段 (Operational Phase)

系统完成启动后，进入运行阶段，此时设备已经准备好执行其嵌入式任务。