启动流程：从 Reset Vector 到 Linux 内核

boot 启动流程源码笔记

Created Mar 31, 2026 - Last updated: Mar 31, 2025

Seeding 🌱

操作系统 Boot BIOS

启动流程

启动链路可抽象为控制权在不同阶段的转移过程。当前主线为 UEFI + GPT + ESP，BIOS + MBR 作为兼容路径保留。

Power On
  -> CPU 从复位向量开始执行
  -> 固件完成最小硬件初始化
  -> 固件加载引导程序（.efi 或 legacy boot sector）
  -> 引导程序加载内核镜像
  -> 内核接管（ExitBootServices 之后）

MIPS 早期启动特征

MIPS 早期阶段的核心目标是确定性执行。由于 cache/TLB/MMU 可能尚未稳定，代码通常优先使用行为可预测的地址区。

区域	常见用途	早期阶段适用性
`kuseg`	用户态虚拟地址	低，依赖 MMU
`kseg0`	cached 直映	中，依赖 cache 状态
`kseg1`	uncached 直映	高，常用于寄存器/串口
`kseg2/3`	内核映射区	低，依赖完整映射

典型 MIPS 启动主干：

start.S(reset)
  -> 关中断/初始化 CP0
  -> 早期时钟与平台初始化
  -> 设置栈指针 sp
  -> 跳转 C 入口 board_init_f
  -> relocate_code
  -> board_init_r
  -> bootm/booti/bootz

sp 在进入 C 前必须可用；否则函数调用现场无法可靠保存。

源码主线（正文中段）

以下代码块为结构化摘录，用于对应常见开源实现中的调用关系。

U-Boot(MIPS): `start.S -> board_init_f -> board_init_r`

路径参考：arch/mips/cpu/start.S、common/board_f.c、common/board_r.c

/* 结构化摘录 */
reset:
    mtc0  zero, CP0_STATUS
    # early cpu/clock init
    la    sp, CONFIG_SYS_INIT_SP_ADDR
    jal   board_init_f
    nop

/* 结构化摘录 */
void board_init_f(ulong boot_flags) {
    early_init_uart_clock_dram();
    relocate_code(...);
}

void board_init_r(gd_t *gd, ulong dest_addr) {
    init_drivers_and_commands();
    run_main_loop();
}

SeaBIOS: 启动设备选择与移交

路径参考：src/post.c、src/boot.c

/* 结构化摘录 */
void boot_prep(void) {
    scan_bootorder();
    select_boot_device();
    call_boot_entry();
}

EDK2/UEFI: Boot Manager 调度

路径参考：MdeModulePkg/Universal/BdsDxe/

/* 结构化摘录 */
EfiBootManagerRefreshAllBootOption();
Option = EfiBootManagerGetBootManagerMenu();
EfiBootManagerBoot(&Option);   // 内部进入 LoadImage/StartImage

固件阶段向内核阶段的关键分界点为 ExitBootServices()。

GRUB(UEFI): EFI 应用入口

路径参考：grub-core/kern/efi/

/* 结构化摘录 */
grub_efi_image_handle = image_handle;
grub_machine_init();
grub_main();

在 UEFI 模式下，GRUB 作为 EFI 应用被固件直接加载，不再依赖 MBR 446B 引导代码链。

BIOS+MBR 与 UEFI+GPT

BIOS + MBR（兼容路径）

BIOS 完成 POST 后读取 LBA0 的 MBR 并移交执行。MBR 结构如下：

区段	大小
boot code	446B
partition table	64B
signature	2B (`0x55AA`)

该路径可用，但扩展与安全能力受限。

UEFI + GPT + ESP（当前主线）

UEFI 从 ESP 加载 .efi 启动程序，主流程如下：

SEC/PEI/DXE/BDS
  -> 读取 NVRAM 启动项（BootOrder/Boot####）
  -> 从 ESP 加载 *.efi
  -> 引导器加载内核
  -> ExitBootServices
  -> Kernel

常见 ESP 路径：

EFI/BOOT/BOOTX64.EFI
EFI/ubuntu/grubx64.efi
EFI/systemd/systemd-bootx64.efi
EFI/Microsoft/Boot/bootmgfw.efi

快速源码索引

主题	入口
U-Boot MIPS 汇编入口	`arch/mips/cpu/start.S`
U-Boot C 初始化	`common/board_f.c`, `common/board_r.c`
SeaBIOS 启动调度	`src/post.c`, `src/boot.c`
EDK2 BDS	`MdeModulePkg/Universal/BdsDxe/`
EDK2 变量服务	`MdeModulePkg/Universal/Variable/`
GRUB BIOS 平台	`grub-core/boot/i386/pc/`
GRUB UEFI 平台	`grub-core/kern/efi/`

结论：默认启动链路应按 UEFI + GPT + ESP 组织叙述；BIOS + MBR 作为兼容分支理解与排障使用。