嵌入式Linux系统中的快速启动技术研究

　　嵌入式Linux系统主要特点在于使用Bootloader替代了桌面系统的BIOS，同时对系统进行了规模上的裁剪，但硬件上的劣势往往导致系统启动速度较慢，而嵌入式产品使用者又对系统的开机速度比较敏感，样就产生了对于提高嵌入式Linux系统启动速度的需求。本文对系统启动时执行哪些阶段的操作，以及缩短这些操作时间的方法进行了探讨。

　　1 嵌入式Linux系统启动时序

　　目前，嵌入式系统的硬件平台和应用方向区别很大，但总体启动流程一致的。这里的系统启动是指从用户执行上电/复位操作，到系统开始提供用户可接收的服务水平所需要的过程。典型的上电/复位时序如表1所列。

　　2 Linux快速启动方法

　　目前，一些Linux的发行版本已经对启动速度进行了优化。如果利用标准Linux进行开发，则启动速度的提高主要是通过内核配置和各种补丁包来实现的。下面分析快速启动的一些关键技术。

　　2.1 Firmware和Bootloader阶段

　　目标板一旦确定，Firmware运行的时间就无法改变了，Flash和RAM的读写速度也就随之确定了。但

　　如果复位时能够绕过Firmware和Bootloader，即允许运行中的内核加载以及运行另一个内核，可以缩短启动的时间。典型的实现有Kexec，它有2个组件，即用户空间组件kexectools和内核补丁。另外一种办法是在内核命令行中加入reboot=soft数，同样可以跳过 Firmware，但是缺点在于无法从用户空间调用。

　　对于正常启动，可以选择速度比较快的Bootloader，并对内核进行小型化处理;还可以使用高速的映像复制技术(如DMA2RAM)，从而缩短复制的时间。为了缩短解压消耗的时间，可寻求比较高效的压缩算法。但一般情况下，压缩比越高，算法越复杂，解压速度就越慢，从而造成复制时间(与压缩比成反比)和解压时间(一般与压缩比成正比)之间的矛盾。

　　2.2 内核阶段

　　内核初始化时要对RealTime Clock (RTC)进行同步。此过程要占用1s的时间，可去掉以节约时间，但这样CPU会与正确的时间有1s的偏差，如果关机时CPU时钟又要保存在RTC中，偏差就会不断累积。但对于使用外部时钟源进行同步的系统，则可安全地跳过这个阶段。

　　Preset LPJ可以用来缩短每次启动时调用calibrate_delay()来校准loops_per_jiffy消耗的时间。这个时间开销与CPU频率无关，在典型的嵌入式硬件环境下会消耗300ms左右。LPJ值对于固定硬件平台应该是一致的，可以只计算一次，在后续的启动中就可以在启动参数中强制指定LPJ值，而跳过实际的计算过程。具体方法是：在正常启动后记录下内核启动信息中的"Calibrating Delay"数值，在启动参数中以"lpj=xxxxxx"的形式强制指定。