本文翻译自:https://www.kernel.org/doc/html/latest/arm/booting.html
引导 ARM Linux 需要一个引导加载程序,它是一个先于内核运行的小段程序。引导加载程序被用于初始化各种设备,并最终调用 Linux 内核,同时给内核传递参数。
总之,引导加载程序需要提供一下几种功能:
设置和初始化内存
初始化一个串口
检测机器类型
设置内核标签列表
加载 initramfs
调用内核镜像
1. 设置和初始化内存Existing boot loaders: MANDATORY
New boot loaders: MANDATORY
引导加载程序用来查询和初始化所有内存,该过程是体系结构相关的。
2. 初始化一个串口Existing boot loaders: OPTIONAL, RECOMMENDED
New boot loaders: OPTIONAL, RECOMMENDED
引导加载程序应该在目标办上初始化和使能一个串口,这样可以使内核串口驱动自动地检测哪个串口可用于内核控制台。
另外,引导加载程序可以通过标记列表传递 'console=' 选项给内核指定端口,串口参数格式选项详见:Documentation/admin-guide/kernel-parameters.rst
3. 检测机器类型Existing boot loaders: OPTIONAL
New boot loaders: MANDATORY except for DT-only platforms
引导加载程序需要通过一些方法来检测目标板类型,最终提供给内核一个MACH_TYPE_xxx的值给内核,该值详见:linux/arch/arm/tools/mach-types。该值需要放在寄存器 r1 中。
4. 设置引导数据Existing boot loaders: OPTIONAL, HIGHLY RECOMMENDED
New boot loaders: MANDATORY
引导加载程序必须一个标记列表或者 dtb 镜像给内核,该引导数据的物理地址需要放置在寄存器 r2 中。
引导家在程序必须创建和初始化内核标记列表,一个有效的标记列表开始于ATAG_CORE,结束于ATAG_NONE。引导加载程序最少要传递系统内存的大小和位置以及文件系统位置。因此最小的标记列表类似于:
+-----------+base -> | ATAG_CORE | |
+-----------+ |
| ATAG_MEM | | increasing address
+-----------+ |
| ATAG_NONE | |
+-----------+ v
标记列表应该放置在系统 RAM 中,推荐放置在前 16KiB 处,以防止被内核解压缩程序覆盖掉。
5. 加载 initramfsExisting boot loaders: OPTIONAL
New boot loaders: OPTIONAL
6. 调用内核镜像Existing boot loaders: MANDATORY
New boot loaders: MANDATORY
调用内核镜像 zImage 有两种可能,如果 zImage 位于 flash 中,并且被正确链接,那么就可以直接在 flash 中调用 zImage。同时 zImage 也可能在 RAM 中调用,内核应该放置在内存的前 128MiB 中,推荐加载到 32MIB 之上来避免内核在解压缩之前重定位,这可以加快引导速度。
如果引导的是原生的内核,那么内核的加载位置就必须严格等于 TEXT_OFFSET - PAGE_OFFSET。
无论什么情况,以下条件必须得到满足:
关闭所有 DMA 相关的设备
CPU 寄存器设置
r0 = 0
r1 = 机器类型码
r3 = 标记列表在系统内存中的物理地址
CPU 模式
关闭所有中断
CPU 必须处于 SVC 模式
缓存和 MMU
MMU 必须关闭
指令缓存可以打开可以关闭
数据缓存必须关闭
引导加载程序应该直接跳转到内核镜像处执行第一条指令