ARM多核Linux启动详解：从电源到4核环境

本文档深入探讨了在ARM多核处理器上引导Linux SMP（对称多处理）的详细过程，这对于嵌入式系统开发人员来说具有重要的参考价值。作者将其硕士论文的一部分贡献于NXP半导体公司的项目，并特别感谢ARM的Catalin Marinas对本文的审查与认可。 在嵌入式ARM环境中启动Linux时，与传统的PC环境相比，存在显著的差异。主要区别在于硬件设置和可用资源，例如嵌入式系统通常没有硬盘或PC BIOS，而是依赖于引导监视器和闪存内存。引导过程的独特之处在于用于查找并加载内核的应用程序，这在不同平台上可能会有所不同。 Linux的引导过程可以分为三个阶段，如图1所示。当系统电源被接通，一个预定义的Boot Monitor代码会从NOR闪存中的特定地址开始执行。这个阶段通常被称为第一阶段，其目的是初始化硬件、检查硬件配置和加载基本的启动加载器（如u-boot或U-Boot）。 第二阶段是引导加载器阶段，它负责寻找和加载Linux内核到内存。这个过程依赖于平台特有的机制，比如在ARM架构中，它可以是通过TFTP（Trivial File Transfer Protocol）或其他网络协议从外部存储获取，或者从本地存储加载。内核加载后，会跳转到内核的初始化代码，继续执行第三阶段——初始化内核。 第三阶段是内核初始化，包括设置硬件设备驱动、初始化进程上下文、加载模块以及初始化系统服务。在这个阶段，所有CPU核心共享相同的流程，但某些功能可能针对每个核心进行了优化，如内存管理和中断处理。最终，当内核准备就绪时，它会创建并初始化一个系统调用接口，使用户空间的初始化脚本（如init）能够运行，显示命令行环境，并启动用户模式的进程，此时所有的4个CPU核心都已处于运行状态。 引导ARM Linux SMP在MPCore上涉及多个步骤，每个步骤都需要针对特定的硬件和平台进行定制。理解这些细节有助于嵌入式开发者设计高效且稳定的多核Linux启动流程。同时，本文的分享为研究者提供了宝贵的实践指导，尤其是在面临跨平台移植或性能优化时。