计算机的启动过程

现代计算机=硬件 + 软件；

因此计算机功能的多样性和灵活性与启动状态的单一性发生了冲突，一方面我们必须通过程序控制使得计算机进入特定工作状态（必须运行启动程序来启动计算机），另一方面在启动硬件前必须假设在一个最安全、通用也是功能最弱的状态，需要逐步设置硬件来提升硬件环境能力。因此我们把这个纠结的过程叫做拉鞋带，简称boot，从这个过程我们也能看出OS的启动是一个逐步释放系统灵活性的过程。

Bootloader

Bootloader是引导加载程序，是系统加电之后运行的第一段软件代码，是在操作系统内核运行之前运行的一段程序；

Bootloader是Booter和Loader的合写：Booter要初始化系统硬件使其运行起来，至少是部分运行起来；Loader是将操作系统映像加载到内存中，并跳转到操作系统的代码运行。

Bootloader的实现严重依赖于具体硬件，所以不可能有一个Booterloader支持所有的CPU、所有的开发板，（因此应该大多数烧在板子上。

计算机的启动过程（MIPS）

U-Boot启动过程分为stage1和stage2两大部分，stage1用汇编语言实现且依赖于CPU体系结构，stage2用C语言，可以实现复杂的功能，并且有更好的可读性和移植性。

MIPS的基本地址空间

在三十二位的操作系统下，程序地址空间（4G）分为四大区域，不同的区域有不同的属性：

?我们看到我们之前预习的MIPS地址部分在这里得到了应用，四个部分分别对应不同功能的区域：

kuseg: 这些地址是用户态可用的地址,在有MMU的机器里，这些地址将一概被MMU作转换,除非MMU的设置被建立好，否则这2G的地址是不可用的。（只能在MMU被初始化后使用）

kseg0: 将他们的最高位清零,即可映射到物理地址段 512M(0x00000000 -- 0x1fffffff)。这种映射关系很简单，通常称之为"非转换的"地址区域，几乎全部对这段地址的存取都会通过cache，因此cache设置好之前，不能随便使用这段地址。（只能在cache被初始化后使用）

通常一个没有MMU的系统会使用这段地址作为其绝大多数程序和数据的存放位置；
对于有MMU的系统，操作系统核心会存放在这个区域。

kseg1: 将这些地址的高三位清零可映射到相应的物理地址上，与kseg0映射的物理地址一样，但kseg1 是非cache存取的.。kseg1是唯一在系统重启时能正常工作的地址空间。（使用这里来启动）

kseg2: 这块区域只能在核心态下使用并且要经过MMU的转换. 在MMU设置好之前,不要存取该区域。除非在写一个真正的操作系统,否则没有理由用kseg2。有时会看到该区域被分为kseg2和kseg3，意在强调低半部分(kseg2)可供运行在管理态的程序使用。

启动地址

MIPS上电启动时，由于OS尚未接管系统，不能采用TLB 、Cache机制。从MIPS的初始内存划分可知，kseg1是唯一的在系统重启时能正常工作的内存映射地址空间。

MIPS的启动入口地址是0xBFC00000，通过将最高3位清零（&0x1fffffff）的方法，将ROM所在的地址区映射到物理内存的低端512M(0x00000000 - 0x1FFFFFFF)空间，也是“非翻译无需转换的”（Unmapped）地址区域。

因此，kseg1是唯一的在系统重启时能正常工作的内存映射地址空间，这也是为什么重新启动时的入口向量是（ 0xBFC00000）会在这个区域。这个向量对应的物理地址是0x1FC00000，所以CPU从物理地址0x1FC00000开始取第一条指令，这个地址在硬件上已经确定为FLASH（BIOS）的位置。

MIPS启动过程

?进入C代码之后：

调用board.c中的函数board_init_f做一系列初始化；

初始化后，可以对串口和内存进行使用，然后进行内存划分，对堆和栈初始化，并留出u-boot代码大小的空间，把代码从flash上搬到ram上，继续执行。

之后进入board.c的board_init_r函数，在这个函数里初始化 flash, pci 以及外设（比如，网口），最后进入命令行或者直接启动Linux kernel。

MIPS下Linux系统的引导过程

Linux启动第一阶段Head.s

Bootloader将 Linux 内核映像拷贝到 RAM 中某个空闲地址处，然后一般有个内存移动操作，将内核移到指定的物理地址处。即内核取得控制权后执行的第一条指令的地址。

Linux 内核启动的第一个阶段从 /arch/mips/kernel/head.s文件开始的。而此处正是内核入口函数kernel_entry()，该函数是体系结构相关的汇编语言，它首先初始化内核堆栈段，为创建系统中的第一个进程进行准备，接着用一段循环将内核映像的未初始化数据段清零，最后跳转到/init/main.c 中的 start_kernel()初始化硬件平台相关的代码。

Linux启动第二阶段start_kernel

?计算机的启动过程（x86）

x86启动过程

BIOS

BIOS设置程序是被固化到电脑主板上的ROM芯片中的一组程序，其主要功能是为电脑提供最底层的、最直接的硬件设置和控制。BIOS通常与硬件系统集成在一起（在计算机主板的ROM或EEPROM中），所以也被称为固件。

BIOS程序存放于一个断电后内容不会丢失的只读存储器中；系统上电或被重置（reset）时，处理器要执行第一条指令的地址会被定位到BIOS的存储器中，让初始化程序开始运行。

在X86系统中，CPU加电后将跳转到BIOS的固定物理地址0xFFFF0。

启动第一步——加载BIOS

BIOS中包含了CPU的相关信息、设备启动顺序信息、硬盘信息、内存信息、时钟信息、PnP特性等等。

硬件自检：

BIOS代码包含诊断功能，以保证某些重要硬件组件，像是键盘、磁盘设备、输出输入端口等等，可以正常运作且正确地初始化。几乎所有的BIOS都可以选择性地运行CMOS存储器的设置程序；也就是保存BIOS会访问的用户自定义设置数据（时间、日期、硬盘细节，等等）。

现代的BIOS可以让用户选择由哪个设备引导电脑，如光盘驱动器、硬盘、软盘、USB U盘等等。这项功能对于安装操作系统、以CD引导电脑、以及改变电脑找寻开机媒体的顺序特别有用。

启动第二步——读取MBR

硬盘上第0磁头第0磁道第一个扇区被称为MBR，也就是Master Boot Record，即主引导记录，它的大小是512字节，别看地方不大，可里面却存放了预启动信息、分区表信息。

MBR( Master Boot Record )主引导记录包含两部分的内容，前446字节为启动代码及数据；之后则是分区表（DPT, Disk Partition Table），分区表由四个分区项组成，每个分区项数据为16字节，记录了启动时需要的分区参数。这64个字节分布在MBR的第447-510字节。后面紧接着两个字节AA和55被称为幻数(Magic Number), BIOS读取MBR的时候总是检查最后是不是有这两个幻数,如果没有就被认为是一个没有被分区的硬盘。