Raspberry Pi3(Linux Kernel)のBoot Sequence Step1:アーキテクチャ依存部

前書き

シングルボードコンピュータのRaspberry Pi3を用いて、Linux KernelのBoot Sequenceを調査します。その調査結果を複数回に分けて、記事にします。対象のLinux Kernelは、Raspberry Pi(OS)のソースコード rpi-4.1.yとします。

本記事では、電源投入からinitプロセスが立ち上がるまでを記載します。

 

Raspberry Piの起動に関わるソフトウェア

Raspberry Piに電源が投入された後、複数のBootloaderが実行されます。Bootloaderが多段の理由は、公式で情報がありません。推測ですが、バイナリサイズや起動コードの隠蔽が目的ではないかと考えています。

名称 格納先 役割
Primary
bootloader
SoC内ROM bootcode.binをL2 cacheに読み込んだ後、
bootcode.binに制御を移す事
bootcode.bin(※) microSD
(/boot/bootcode.bin)
start.elfをRAMへ読み込んだ後、
start.elfに制御を移す事
start.elf

microSD
(/boot/start.elf)

config.txt、cmdline.txtを読み込んだ後
kernel.img、Device Tree BlobをRAMに展開。
その後、kernel7.imgに制御を移す事。
kernel7.img microSD
(/boot/kernel7.img)
Linux Kernelの初期化を実施した後、
systemd(initプロセス)を実行する事
systemd microSD
(/lib/systemd/systemd)
各種サービスを稼働した後、
コマンドプロンプト(shell)を実行する事

※2012年10月まで、start.elfを読み込むためのloader.bin(三段階目)が存在したが、削除された。参考:https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?f=66&t=65022

 

起動シーケンスの概略

  1. 電源を投入
  2. GPU(Broadcom VideoCore IV)が起動
  3. GPUがSoCのROMからPrimary Bootloaderを読み込み、実行
  4. GPUがmicroSDからL2キャッシュにbootcode.binを読み込み、実行
  5. bootloader.bin内でGPU firmware(start.elf)を読み込む
  6. start.elf内でconfig.txt、cmdline.txtを読み込み、
  7. kernel7.imgとDTBを読み込む
  8. start.elf内でkernel7.img(Linux Kernel)のStart Addressに移動
  9. Linux Kernelが初期化プロセス(デバイスの初期化、Linux Kernelサブシステムの初期化など)を実行
  10. Linux Kernelがsystemd(initプロセス)を起動

   

参考

How does Raspberry Pi boot?

Raspberry PI bare metal Part 1: The Boot Process

HOW THE RASPBERRY PI BOOTS UP

  

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