1. ARM64 启动流程概述：从 Reset 到 C 语言环境的建立

ARM64 架构的启动过程是从硬件复位到高级操作系统运行的桥梁。理解这一宏观阶段，是掌握设备树解析与内存映射调试的前提。本章将梳理从 CPU 上电复位到 C 语言环境建立的完整路径，明确各阶段的核心任务与数据流。

1.1 启动的宏观阶段划分

ARM64 启动通常可划分为以下四个宏观阶段，每个阶段都有明确的入口与出口条件：

1.2 Reset 阶段：CPU 的初始状态

ARM64 处理器在上电或复位后，硬件自动完成以下初始化动作：

• 异常等级（Exception Level）：进入 EL3（安全最高权限），若 SoC 未实现 EL3，则进入 EL2。
• MMU 与缓存：MMU 关闭（SCTLR_ELx.M=0），I-cache 与 D-cache 关闭，所有地址视为物理地址。
• 栈指针：SP_EL3 或 SP_EL2 初始化为实现定义的值，通常为 0 或复位向量附近。
• 异常向量基址：VBAR_EL3 指向 Reset 向量表，通常位于 SoC 的 Boot ROM 区域。

1.3 从 Reset 到 Boot ROM 的流程

下图展示了从 CPU 复位到 Boot ROM 执行完毕的典型流程，包含关键决策点：

1.4 引导加载器阶段：设备树的首次登场

当 Boot ROM 将 SPL 或 U-Boot 加载到 SRAM 后，引导加载器开始执行。此阶段的关键任务包括：

1. DRAM 初始化：通过读取硬件寄存器或 FUSE 配置，完成 DDR 控制器的时序训练。
2. 设备树加载：从存储介质（FAT 分区、eMMC 分区）读取 .dtb 文件到内存。
3. 设备树解析：U-Boot 使用 fdt 命令或内部 API 解析设备树，获取内存布局、外设地址等。
4. 内核镜像加载：将压缩后的内核镜像（Image.gz）解压到指定地址。
5. 跳转到内核：设置启动参数（x0 = 设备树地址，x1 = 内核自身地址），执行 br 指令。

1.5 内核早期启动：建立 C 语言环境

内核入口点 _text 位于 arch/arm64/kernel/head.S。此阶段完全由汇编语言实现，直到调用 start_kernel() 才进入 C 语言世界。核心步骤包括：

1.6 页表建立与 MMU 开启的细节

在开启 MMU 之前，内核必须建立至少两个映射：

• 恒等映射（Identity Map）：将当前执行地址（物理地址）映射到相同的虚拟地址，确保开启 MMU 瞬间指令流不中断。
• 内核映射（Kernel Map）：将内核镜像映射到高地址（如 0xFFFF_8000_0000_0000），供后续 C 代码使用。

页表层级使用 4 级或 3 级（取决于配置），典型结构如下：

1.7 进入 C 语言环境：start_kernel() 的调用

当 MMU 开启、栈指针设置完毕后，内核执行以下汇编指令跳转到 C 入口：

/* arch/arm64/kernel/head.S - __primary_switched */
adrp    x29, init_thread_union
add     sp, x29, #THREAD_SIZE
stp     xzr, x30, [sp, #-16]!   /* 保存返回地址 */

mov     x0, x20                 /* x20 保存设备树地址 */
bl      start_kernel            /* 进入 C 语言世界 */

此时，x0 寄存器中存放的是设备树二进制块（DTB）的物理地址。内核的 setup_arch() 函数将立即解析该地址，提取内存节点、CPU 节点与中断控制器信息。

1.8 本章小结