嵌入式 Linux 启动机制全解析：从 Boot 到 Rootfs

🚀 嵌入式 Linux 启动机制全解析：从 Boot 到 Rootfs

在嵌入式系统中，Linux 的启动流程不仅是内核加载的过程，更是 bootloader、设备树、初始根文件系统、启动配置文件等多个组件协同工作的结果。不同的文件系统和启动方式会影响系统的启动速度、兼容性、安全性和可维护性。本文以 RK3588 为例，全面梳理 Linux 的启动流程、主流启动方式、文件系统影响以及 extlinux.conf 的高级配置技巧。

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🧠 一、Linux 启动流程概览（以 ext4 + extlinux 为例）

当系统使用 ext4 格式的 /boot 分区，并采用 extlinux 启动配置时，启动流程如下：

🔹 1. 上电 → BootROM → U-Boot

• SoC 上电后，BootROM 从 eMMC/SD/NVMe 加载 U-Boot
• U-Boot 初始化 DRAM、串口、USB 等外设

🔹 2. U-Boot 解析 extlinux.conf

• 读取 /boot/extlinux/extlinux.conf，加载内核、设备树、initrd

• 示例配置如下：

  label rk-kernel.dtb linux-6.1.118kernel /Image-6.1.118fdt /rk-kernel.dtbinitrd /initrd-6.1.118append root=/dev/mmcblk0p7 rw console=ttyFIQ0 loglevel=8
  

🔹 3. 加载内核与设备树

• 内核镜像（Image）加载到内存
• 设备树（dtb）描述硬件结构，供内核解析

🔹 4. 加载 initrd（初始根文件系统）

• 内核挂载 initrd，执行其中的 /init 脚本
• 完成驱动加载、根文件系统挂载准备

🔹 5. 切换到真正的 rootfs

• 挂载 /dev/mmcblk0p7 等真实根分区
• 启动 PID 1（如 systemd 或 busybox init）

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📦 二、/boot 分区文件作用解析

文件名	作用
Image-6.1.118	Linux 内核镜像
initrd-6.1.118	初始根文件系统
rk-kernel.dtb	设备树文件
extlinux.conf	启动配置文件
System.map / config-6.1.118	内核符号表与编译配置
logo.bmp	启动 logo 图像

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🧩 三、常见启动方式汇总

除了 extlinux + ext4，还有多种启动方式适用于不同场景：

✅ 1. FAT32 + U-Boot + extlinux

• /boot 分区为 FAT32，兼容 Windows 工具
• U-Boot 读取 extlinux.conf，加载内核、dtb、initrd

✅ 2. FAT32 + GRUB（x86 系统）

• GRUB 读取 /boot/grub/grub.cfg
• 加载 vmlinuz 和 initrd.img

✅ 3. U-Boot + FIT Image

• 所有内容打包成 .itb 文件
• 启动更简洁，适合量产和安全校验

✅ 4. U-Boot + boot.scr 脚本

• 使用 mkimage 生成启动脚本
• U-Boot 执行脚本加载内核和根文件系统

✅ 5. raw image 启动

• 内核、dtb、initrd 烧录到固定偏移地址
• 不依赖文件系统，适合极简系统

✅ 6. UEFI + systemd-boot

• FAT32 EFI 分区 + ext4 根分区
• 用于 ARM64 或 x86 的桌面系统

✅ 7. Android A/B 分区启动

• 启动 boot_a 或 boot_b 的 boot.img
• 实现无缝 OTA 和回滚机制

✅ 8. OP-TEE 安全启动

• 启动 OP-TEE TEE OS → Linux
• 常用于安全芯片和加密模块

✅ 9. PXE 网络启动 + NFS 根文件系统

• 从网络加载内核和 initrd
• 根文件系统挂载远程 NFS，适合无本地存储设备

✅ 10. kexec 重启内核

• 在运行中的 Linux 中加载另一个内核
• 用于 crash dump、快速重启等场景

✅ 11. Barebox 启动

• 替代 U-Boot 的 bootloader
• 更模块化，适合工业设备

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📚 四、文件系统对启动方式的影响

文件系统	支持启动方式	特点
ext4	extlinux, FIT, boot.scr	支持大文件、权限、日志
FAT32	GRUB, extlinux, UEFI	兼容性好，功能弱
UBIFS	raw flash 启动	用于 NAND flash
ISO9660	GRUB2（Live CD）	只读，用于光盘或镜像
SquashFS	initrd/initramfs	压缩只读，适合嵌入式

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🧠 五、extlinux.conf 高级配置详解

除了基本的 kernel、fdt、initrd 和 append，extlinux.conf 还支持以下高级配置项：

配置项	说明	示例
LABEL	启动项名称	LABEL linux-debug
MENU LABEL	菜单显示名称	MENU LABEL Debug Kernel
MENU DEFAULT	设置为默认启动项	MENU DEFAULT
MENU TIMEOUT	菜单等待时间（秒）	MENU TIMEOUT 5
MENU BACKGROUND	菜单背景图像	MENU BACKGROUND logo.bmp
MENU TITLE	菜单标题	MENU TITLE Firefly Boot Menu
MENU HIDDEN	隐藏菜单（自动启动）	MENU HIDDEN
MENU COLOR	菜单颜色设置	MENU COLOR screen 37;40 #00000000 #00000000 none