嵌入式Linux系统中的快速启动技术研究

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。
表1 嵌入式Linux系统启动时序
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。
启动过程默认打开控制台输出启动消息，但是控制台尤其是基于帧缓冲的控制台会减慢启动速度。因此在嵌入式Linux产品中，将启动过程中的控制台设为静默状态，方法是在内核启动参数中加入"quiet"。