🚀 嵌入式 Linux 啟動機制全解析：從 Boot 到 Rootfs

在嵌入式系統中，Linux 的啟動流程不僅是內核加載的過程，更是 bootloader、設備樹、初始根文件系統、啟動配置文件等多個組件協同工作的結果。不同的文件系統和啟動方式會影響系統的啟動速度、兼容性、安全性和可維護性。本文以 RK3588 為例，全面梳理 Linux 的啟動流程、主流啟動方式、文件系統影響以及 extlinux.conf 的高級配置技巧。

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🧠 一、Linux 啟動流程概覽（以 ext4 + extlinux 為例）

當系統使用 ext4 格式的 /boot 分區，并采用 extlinux 啟動配置時，啟動流程如下：

🔹 1. 上電 → BootROM → U-Boot

• SoC 上電后，BootROM 從 eMMC/SD/NVMe 加載 U-Boot
• U-Boot 初始化 DRAM、串口、USB 等外設

🔹 2. U-Boot 解析 extlinux.conf

• 讀取 /boot/extlinux/extlinux.conf，加載內核、設備樹、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. 加載內核與設備樹

• 內核鏡像（Image）加載到內存
• 設備樹（dtb）描述硬件結構，供內核解析

🔹 4. 加載 initrd（初始根文件系統）

• 內核掛載 initrd，執行其中的 /init 腳本
• 完成驅動加載、根文件系統掛載準備

🔹 5. 切換到真正的 rootfs

• 掛載 /dev/mmcblk0p7 等真實根分區
• 啟動 PID 1（如 systemd 或 busybox init）

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📦 二、/boot 分區文件作用解析

文件名	作用
Image-6.1.118	Linux 內核鏡像
initrd-6.1.118	初始根文件系統
rk-kernel.dtb	設備樹文件
extlinux.conf	啟動配置文件
System.map / config-6.1.118	內核符號表與編譯配置
logo.bmp	啟動 logo 圖像

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🧩 三、常見啟動方式匯總

除了 extlinux + ext4，還有多種啟動方式適用于不同場景：

? 1. FAT32 + U-Boot + extlinux

• /boot 分區為 FAT32，兼容 Windows 工具
• U-Boot 讀取 extlinux.conf，加載內核、dtb、initrd

? 2. FAT32 + GRUB（x86 系統）

• GRUB 讀取 /boot/grub/grub.cfg
• 加載 vmlinuz 和 initrd.img

? 3. U-Boot + FIT Image

• 所有內容打包成 .itb 文件
• 啟動更簡潔，適合量產和安全校驗

? 4. U-Boot + boot.scr 腳本

• 使用 mkimage 生成啟動腳本
• U-Boot 執行腳本加載內核和根文件系統

? 5. raw image 啟動

• 內核、dtb、initrd 燒錄到固定偏移地址
• 不依賴文件系統，適合極簡系統

? 6. UEFI + systemd-boot

• FAT32 EFI 分區 + ext4 根分區
• 用于 ARM64 或 x86 的桌面系統

? 7. Android A/B 分區啟動

• 啟動 boot_a 或 boot_b 的 boot.img
• 實現無縫 OTA 和回滾機制

? 8. OP-TEE 安全啟動

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

? 9. PXE 網絡啟動 + NFS 根文件系統

• 從網絡加載內核和 initrd
• 根文件系統掛載遠程 NFS，適合無本地存儲設備

? 10. kexec 重啟內核

• 在運行中的 Linux 中加載另一個內核
• 用于 crash dump、快速重啟等場景

? 11. Barebox 啟動

• 替代 U-Boot 的 bootloader
• 更模塊化，適合工業設備

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📚 四、文件系統對啟動方式的影響

文件系統	支持啟動方式	特點
ext4	extlinux, FIT, boot.scr	支持大文件、權限、日志
FAT32	GRUB, extlinux, UEFI	兼容性好，功能弱
UBIFS	raw flash 啟動	用于 NAND flash
ISO9660	GRUB2（Live CD）	只讀，用于光盤或鏡像
SquashFS	initrd/initramfs	壓縮只讀，適合嵌入式

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🧠 五、extlinux.conf 高級配置詳解

除了基本的 kernel、fdt、initrd 和 append，extlinux.conf 還支持以下高級配置項：

配置項	說明	示例
LABEL	啟動項名稱	LABEL linux-debug
MENU LABEL	菜單顯示名稱	MENU LABEL Debug Kernel
MENU DEFAULT	設置為默認啟動項	MENU DEFAULT
MENU TIMEOUT	菜單等待時間（秒）	MENU TIMEOUT 5
MENU BACKGROUND	菜單背景圖像	MENU BACKGROUND logo.bmp
MENU TITLE	菜單標題	MENU TITLE Firefly Boot Menu
MENU HIDDEN	隱藏菜單（自動啟動）	MENU HIDDEN
MENU COLOR	菜單顏色設置	MENU COLOR screen 37;40 #00000000 #00000000 none