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一、嵌入式Linux系統典型結構

劃分成4個區，這4個區都以二進制數據的形式存放于嵌入式設備的Flash芯片。

（1）Bootloader區：存放的是Bootloader，它負責嵌入式系統最初的硬件初始化、驅動和內核加載。

（2）參數區：不是必須的，通常存放了一些系統參數，并且通常這個區是沒有文件系統，參數以原始數據的格式來存放。

（3）內核鏡像區：存放Linux內核壓縮鏡像，它被解壓后運行于內存，作為嵌入式設備的Linux操作系統。

（4）文件系統區：存放經過壓縮的文件系統，它會被Linux內核解壓并掛載，并作為各種應用程序、文件的主要載體。

二、嵌入式Linux系統啟動過程

嵌入式設備從上電那一刻到應用程序正常運行，其間經歷過一系列漫長的過程，下面對主要的步驟進行闡述：

1、嵌入式設備上電后，CPU開始運行，通常CPU會從某一個固定的物理地址開始讀取程序數據開始運行。

• 這個物理地址一般是Flash芯片的起始物理地址，而Flash芯片的最初一段通常存放的是Bootloader，于是CPU就會開始運行Bootloader的代碼。

2、CPU可以讀寫Flash上的數據，但是不能直接執行Flash上的指令，CPU通常只能執行內存中的指令。那么CPU剛開始運行時怎樣去執行Flash上的指令呢？

這里分兩種情況，Flash芯片主要分為兩種，一種是Nor Flash，另一種是Nand Flash。

（1）Nor Flash，不需要初始化，cpu可以直接執行Flash芯片上的指令。如果嵌入式設備采用的是Nor Flash，那就比較簡單了，CPU可以直接運行在Nor Flash上的指令。

（2）如果采用的是Nand Flash呢，怎么辦？目前主要有兩種方法

• 一種方法是Flash控制器能夠把Nand Flash的前4k數據搬到4k的內部RAM中，并設置CPU從這個內部RAM的起始地址開始啟動執行。
• 另一種方法是Flash控制器能夠把Nand Flash的前4k數據的地址映射到系統總線的某個地址上（某段內存空間），并設定CPU從這個地址開始啟動執行。
• 這兩種方法都是硬件來完成的。

3、Bootloader分為兩個部分，第一部分是匯編代碼且不做壓縮，第二部分是C代碼且有壓縮的。

• Bootloader開始執行時，第一部分匯編代碼先負責初始化CPU、PLL、DDR、Cache等硬件，讓CPU和內存能夠穩定運行，然后解壓第二部分的內容，并拷貝到到內存執行。
• 第二部分C代碼完成串口、flash、網口等驅動的加載，并構建一個shell環境來接受用戶輸入。
• 注意，在整個Bootloader運行其間CPU的MMU是沒有被初始化的，所有的地址訪問都是采用物理地址直接訪問的。

4、在完成Bootloader初始化后，根據代碼中設定的內核區物理地址，Bootloader會把內核區壓縮后的Linux鏡像拷貝到內存中并解壓。

• 同時準備好內核的啟動參數，如：console=ttyS0,115200 root=31:2 mtdparts=ar7100-nor0:196608(boot),835236(kernel),-(rootfs)；這里主要是把Bootloader里設置的MTD分區信息傳遞給內核，還有需要加載的根文件系統。
• 最后跳轉到內核入口開始運行。

5、Linux內核代碼開始執行，會先進行內核各個子系統初始化，并完成對MMU的初始化。

• MMU是CPU中的一個單元，它跟操作系統一起配合完成從虛擬地址到物理地址的轉換。
• 如果CPU帶有MMU單元，則CPU執行單元發出的內存地址將被MMU截獲，從CPU到MMU的地址稱為虛擬地址，而MMU將這個地址翻譯成另一個地址發到CPU芯片的外部地址引腳上，這個地址稱為物理地址。在這個過程中Linux內核會維護頁表結構，它保存著內核和進程的虛擬地址到物理地址的映射，而MMU則通過Linux內核頁表去完成地址翻譯和保護工作。

6、接下來Linux內核會掛載根文件系統，要掛載的根文件系統是通過內核啟動參數來獲取的。

• 根文件系統通常表示為一個Linux文件系統下的某個MTD設備，但在加載根文件系統前Linux還沒有一個文件系統，那它怎樣通過訪問文件系統中的MTD設備來加載根文件系統呢？根文件系統的安裝分為兩個階段，首先Linux內核會安裝一個特殊的RootFS文件系統，該文件系統僅提供一個作為初始安裝點的空目錄；然后Linux內核再在空目錄上安裝一個真正的根目錄。Linux內核對Flash的訪問都是通過MTD子系統來進行的，它抽象了對于各種Flash設備的訪問，提供統一的接口。

7、Linux內核繼續初始化各種類型的驅動程序，完成之后會啟動第一個應用程序，它的進程ID為1。

• 這個應用程序可以由內核啟動參數傳入，如果沒有則會默認執行/sbin/init。
• init進程會讀取配置文件/etc/inittab，根據配置文件的內容它會完成兩個工作，執行rcS和啟動Shell。

至此，Linux系統已經啟動完成，給用戶提供了一個Shell的交互環境，后續的行為就取決于用戶的輸入或者系統特定應用的加載。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的嵌入式Linux系统的构成和启动总结的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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