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Linux系统快速启动方案

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

Linux系统基本启动流程:

1、 CPUROM(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ubootkernel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ubootkerneldtbram à必须,从ROM读值,IO时间;

3、 Uboot(如果有)拷贝kerneldtb à可去除,直接跳过;

4、 设置bootargskernel启动; à非必须,不占IO时间;

5、 Kernel自解压; à可精简,但会加长2IO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CPUram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. Romloader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bootargskernel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、 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:1busybox2、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/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

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