1. 引言
Arm架构是一种非常流行的处理器架构，被广泛应用于移动设备、嵌入式系统和服务器等各种领域。与x86架构相比，Arm架构在功耗和性能方面具有独特的优势。Linux操作系统在Arm架构上也得到了广泛的应用。本文将探索Arm Linux系统的启动过程，从硬件初始化到内核加载再到用户空间的启动，一步一步解析Arm Linux系统是如何启动的。
2. 硬件初始化
在开机启动过程中，首先需要进行硬件的初始化。主要包括CPU、内存、外设等各个硬件的初始化工作。其中，CPU初始化的过程非常关键，需要设置寄存器、切换工作模式等。在Arm系统中，会通过预定义的启动地址找到引导程序（Bootloader），这个引导程序负责设置好CPU的各种特权寄存器，完成硬件初始化工作。
source //cpu_init.c
status = setup_arch(&command);
static u32 __init setup_arch(command_line)
command.cmdline_fields =
{
{ 'I', "initrd=", "Address/value of address of initrd" },
{ 'l', "loglevel=", "Debug level" },
{ 'm', "mem=", "Memory address" },
...
{ 0, NULL, NULL }
};
这里的引导程序可以是U-Boot、Barebox等。引导程序会完成硬件的初始化，并将控制权交给Linux内核。
3. 内核加载
3.1 内核启动参数
内核启动时可以传递一些参数，以便对内核进行配置。这些参数可以通过引导程序传递给内核，在启动时会被内核解析。例如，可以通过在引导程序的命令行中设置参数来调整内核启动的行为。
static int __init setup_command_line (char * command_line) {
parse_args(CONFIG_CMDLINE_FORCE);
}
内核会根据解析到的参数进行相应的设置和功能调整。这些参数可以控制内核的调试级别、内存分配方式、设备驱动等等。
3.2 内核初始化
在完成参数解析后，内核会进行各个子系统的初始化。这些子系统包括内存管理、进程管理、设备管理等。其中，内存管理子系统会对系统中的内存进行管理和分配，进程管理子系统会初始化进程调度器和初始化第一个用户进程。
void __init start_kernel (void) {
...
setup_arch(&command_line);
...
mem_init(); /* initialize buddy allocator */
...
sched_init_smp(); /* initialize SMP */
...
}
在内核初始化的过程中，会进行一系列的设置和操作，以便让系统准备好进入用户空间的启动阶段。
4. 用户空间启动过程
4.1 用户进程启动
当内核初始化完成后，就会启动第一个用户进程。在启动过程中，内核会加载用户空间的程序和库文件，并将控制权交给第一个用户进程。这个用户进程通常是init进程，它是系统中的第一个进程，负责启动和管理其他进程。
4.2 系统初始化
在用户进程启动之前，系统会进行一些必要的初始化工作。这些工作包括设备驱动的加载、网络的初始化、文件系统的挂载等。这些初始化工作是系统正常运行的基础，确保后续的应用程序能够正常运行。
do_basic_setup(void)
root_hnd = mount_root();
...
mount_bdev(root_dev, root_mountflags);
prepare_namespace();
...
4.3 用户空间启动
在完成系统初始化后，系统就正式进入用户空间启动的阶段。此时，系统已经可以执行用户空间的应用程序了。在用户空间启动过程中，系统会按照预设的顺序启动各个用户空间的进程和服务。这些进程和服务包括网络服务、日志服务、窗口管理器等。这些进程和服务会在启动时加载相应的配置文件和库文件。
4.4 用户空间的应用程序
在用户空间启动过程中，各个应用程序也会被逐个启动。这些应用程序可以是浏览器、邮件客户端、办公软件等等。用户可以根据自己的需求，通过添加相应的启动脚本或快捷方式来启动自己需要的应用程序。
总之，Arm Linux系统的启动过程涉及到硬件的初始化、内核的加载和用户空间的启动等多个阶段。每个阶段都需要进行一系列的操作和设置，以确保整个系统可以正常地运行起来。了解Arm Linux系统的启动过程对于进一步理解和深入学习Arm架构和Linux操作系统都非常有帮助。