Linux系统快速启动方案

Posted 2020-08-15 陈灿坚

=========================        基本常识       =========================

Linux系统基本启动流程：

1、 CPU从ROM（如果有的话）的0x0地址开始读取代码，执行loader；

2、 Loader初始化ram，从rom中拷贝uboot或kernel的镜像到ram的指定地址并执行；

3、 Uboot（如果有）拷贝kernel镜像和dtb文件到ram的指定地址，并运行kernel；

4、 设置bootargs会被覆盖，kernel启动；

5、 Kernel自解压；

6、 Kernel初始化；

7、 Kernel加载内置驱动程序，启动硬件设备；

8、 加载文件系统，读取并执行/etc/inittab.

 

 

=========================      快速启动原理     =========================

一、 基本原理

1、 硬件IO时间；

2、 流程精简；

3、 内核精简；

 

二、 启动流程分析

1、 0x0，一级loader，配置ram； à必须；

2、 拷贝uboot或kernel及dtb到ram； à必须，从ROM读值，IO时间；

3、 Uboot（如果有）拷贝kernel和dtb； à可去除，直接跳过；

4、 设置bootargs，kernel启动； à非必须，不占IO时间；

5、 Kernel自解压； à可精简，但会加长2的IO时间；

6、 Kernel初始化； à必须；

7、 Kernel加载内置驱动程序，启动硬件设备； à可精简，占大量IO时间；

8、 扫描ROM； à可去除；

9、 挂载文件系统； à必须，但为了8，可调整到2；

10、 读取并执行/etc/inittab. à必须；

 

三、 基本思路

1、 Loader

1. Loader存在的目的就是为了引导系统；
2. 除非必要，不需要loader来驱动硬件，否则linux就没有存在的必要；

2、 Kernel

1. 必要的常识：Kernel的启动只与CPU及ram有关；
2. Kernel内嵌驱动，是为了应对固件挂载前必须要做的硬件IO操作；

3、 文件系统

1. Kernel启动时，文件系统不一定要从rom中读取，也可以在ram中读取；
2. Rom在loader中已经能够使用，可以趁这个时候把需要的东西一次性读出，没有必要占用kernel启动的宝贵时间；
3. 为了加速loader加载文件系统的速度，文件系统又可分为通用部分（<3mb）、固件部分，由kernel中的cramfs驱动加载启动文件系统，先完成启动任务，再从启动文件系统中加载rom设备的驱动，再加载固件文件系统；

 

四、 调整后的启动流程

1、 0x0，一级loader，配置ram； 

2、 拷贝kernel（精简），dtb，文件系统镜像（精简）到ram；

3、 设置bootargs，kernel启动； 

4、 Kernel自解压；

5、 Kernel初始化；

6、 Kernel加载必须的驱动程序备；

7、 挂载通用文件系统；

8、 读取并执行/etc/inittab；

9、 挂载固件，包括驱动程序、额外的应用软件及LIB；

 

 

=========================      快速启动配置     =========================

一、 精简loader

思路：

1、 Loader的目的是为内核准备启动的条件；

2、 Loader跳过准备运行环境的步骤，直接加载内核即可；

方法：

注：各大厂商的bootloader千差万别，只能介绍大概的办法

1、 如果官方工程有跳过uboot的方法，那么直接采用这种方法；

2、 若1不可取，则删改uboot代码，在进入uboot，硬件初始化结束后，不进行uboot用户环境的初始化，直接使用源代码加载和启动镜像；

效果：bootloader过程耗时减少；bootloader体积缩小；

 

二、 精简kernel

思路：只保留启动所必须的驱动程序即可，如cramfs的读写驱动，音频驱动（开机音乐），其余驱动做成ko文件，放到文件系统中；

方法：

1、 make ARCH=arm menuconfig，砍掉不会用到的驱动；

2、 启动时不需要的，但应用程序需要的驱动程序，设置为module，从内核剥离，；

3、 Busybox必须提供insmod功能；

效果：内核体积缩小，loadder加载kernel的时间缩短，kernel解压缩时间缩短，kernel启动到挂载文件系统的时间缩短；

 

三、 精简rootfs（即制作通用部分）

思路：

只保留：1、busybox；2、通用的/etc配置文件；3、加载固件所需的驱动程序（rom相关）；4、启动任务所需要的文件（比如音频播放器）；5、相关运行库；使用cramfs打包，体积约2.4mb；

效果：该文件系统可以直接在ram中运行，可以延迟加载rom驱动；

 

四、 制作固件

1、 剩余的所有文件全部封装到固件系统中（ext4格式或ubi格式）；

2、 但需要注意的是固件的/etc中需要有一个rc.local文件，当rootfs中定制的任务完成后，调用该文件启动固件的任务；

3、 为了保持系统的正常运行，原/etc中的rcS文件在挂载固件后，要添加额外操作：

# 挂载固件

Mount /dev/*** /mnt

# 用固件的etc覆盖通用的etc，应用固件的配置及恢复写权限

Mount /mnt/etc /etc

# 用固件的var覆盖通用的var，恢复读写权限

Mount /mnt/var /var

# 扩展lib搜索范围到固件的/lib和/usr/lib，保证程序正常运行

export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/mnt/lib:/mnt/usr/lib

# 执行固件的启动配置脚本

/etc/init.d/rc.local