Linux 嵌入式产品启动速度优化
- 2026-04-16 07:02:17
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文章目录
一、观测方法 1.1、printk time 1.2、initcall_debug 1.3、bootgraph 1.4、bootchart 1.5、gpio + 示波器 1.6、grabserial 二、内核优化方法 2.1、kernel 压缩方式 2.2、加载位置 2.3、内核裁剪 2.4、预设置 lpj 数值 2.5、initcall 优化 2.6、内核 initcall module 并行 2.7、减少 pty/tty 个数 2.8、内核 module
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📢启动速度是嵌入式产品一个重要的性能指标，更快的启动速度会让客户有更好的使用体验，在某些方面还会节省能耗，因为可以直接关机而不需要休眠。
启动速度优化可提升产品的竞争力。对于某些系统来说，启动速度是硬性要求。
一、观测方法
优化之前，需要充分了解当前系统的启动时序情况。
1.1、printk time
打开 kernel 配置，使能如下选项
kernel hacking --->
[*] Show timing information on printks
将会在内核的 log 前加入时间戳。
注：此方法主要用来测量内核启动过程中各个阶段的耗时。
1.2、initcall_debug
在 kernel 的 cmdline 中加入参数，修改文件：/<board>/configs/env-<kernelversion>.cfg
initcall_debug=1
setargs_nand=setenv bootargs console=${console} earlyprintk=${earlyprintk} root=${nand_root} initcall_debug=${initcall_debug} init=${init}
开启之后，启动中会打印每个 initcall 函数调用及其耗时。
注：此方法主要用来测量内核 initcall 的耗时。
1.3、bootgraph
在内核源码中自带了一个工具 (scripts/bootgraph.pl) 可用于分析启动时间。
kernel编译时需要包含 CONFIG_PRINTK_TIME选项在 kernel cmdline加上"initcall_debug=1"在系统启动完毕后执行" dmesg | perl $(Kernel_DIR)/scripts/bootgraph.pl > output.svg"使用 SVG浏览器（比如Inkscape，Gimp，Firefox等）来查看输出文件output.svg
注：此方法主要用来测量内核启动过程中各个阶段的耗时。
1.4、bootchart
bootchart 是一个用于 linux 启动过程性能分析的开源软件工具，在系统启动过程自动收集 CPU 占用率、进程等信息，并以图形方式显示分析结果，可用作指导优化系统启动过程。
修改 kernel cmdline。修改文件<board>/configs/env-<kernel-version>.cfg，将其中的init修改为"init=/sbin/bootchartd"。收集信息。 bootchartd会从/proc/stat，/proc/diskstat，/proc/[pid]/stat中采集信息，经过处理后保存为bootchart.tgz文件。转换图片。在 PC上通过pybootchartgui.py工具将bootchart.tgz转换为bootchart.png，方便分析。
注：此方法主要用来测量挂载文件系统到主应用程序启动过程中的耗时。
1.5、gpio + 示波器
在适当的地方加入操作 gpio 的代码，通过示波器抓取波形得到各阶段耗时。
注：此方法可用来测量整个启动中各阶段的耗时。
1.6、grabserial
Grabserial 是 Tim Bird 用 python 写的一个抓取串口的工具，这个工具能够为收到的每一行信息添加上时间戳。可从如下路径下载使用：https://github.com/tbird20d/grabserial
介绍文档：http://elinux.org/Grabserial
常见的用法：
sudo grabserial -v -S -d /dev/ttyUSB0 -e 30-t
如果要在某个字符串重置时间戳，可以使用 -m 参数
sudo grabserial -v -S -d /dev/ttyUSB0 -e 30-t -m "Starting kernel"
-v 显示参数等信息 -s 跳过对串口的检查 -d 指定串口，如上述为指定 /dev/ttyUSB0 为操作的串口 -e 参数指定时间，如上述命令表示抓取 30s 的串口记录 -t 表示加上时间戳 -m 匹配到指定字符串就重置时间戳的时间，也就是从 0 开始
二、内核优化方法
优化没有止境。需要根据目标来选择优化方法，综合考虑优化效果与优化难度。 优化需要具有针对性。由于各方案 CPU 个数及频率、flash 类型及大小、kernel/rootfs 压缩类型与尺寸、所需功能、主应用等的不同，需要针对性的进行优化。
通常来说，内核启动耗时较多，需要更深入的优化。
2.1、kernel 压缩方式
比较不同压缩方式的启动时间和 flash 占用情况，选择一种符合实际情况的。
2.2、加载位置
内核镜像可以由 kernel 自解压，也有 uboot 进行解压的情况。
对于 kernel 自解压的情况，如果压缩过的 kernel 与解压后的 kernel 地址冲突，则会先把自己复制到安全的地方，然后再解压，防止自我覆盖。这就需要耗费复制的时间。
比如对于运行地址为 0x80008000 的内核来说，bootloader 可以将其加载到 0x81008000，当然其他位置也可以。
2.3、内核裁剪
裁剪内核，带来的加速是两个方面的。一是体积变小，加载解压耗时减少；二是内核启动时初始化内容变少。
裁剪要根据产品的实际情况来，将不需要的功能及模块都去掉。
2.4、预设置 lpj 数值
LPJ 也就是 loops_per_jiffy，每次启动都会计算一次，但如果没有做修改的话，这个值每次启动算出来都是一样的，可以直接提供数值跳过计算。
如下 log 所示，有 skipped，lpj 由 timer 计算得来，不需要再校准 calibrate 了。
[0.019918] Calibrating delay loop(skipped), value calculated using timer frequency..48.00BogoMIPS(lpj=240000)
如果没有 skipped，则可以在 cmdline 中添加 lpj=XXX 进行预设。
2.5、initcall 优化
在 cmdline 中设置 initcall_debug=1，即可打印跟踪所有内核初始化过程中调用 initcall 的顺序以及耗时。
具体修改tina/target/allwinner//configs/env-.cfg 文件，新增一行"initcall_debug=1"，然后在"setargs_*" 后加入" initcall_debug=${initcall_debug}"，如下所示。
setargs_nand=setenv bootargs console=${console} console=tty0 root=${nand_root} init=${init} loglevel=${loglevel} partitions=${partitions}
initcall_debug=${initcall_debug}
加入后，内核启动时就会有类似如下的打印，对于耗时较多的 initcall，可进行深入优化。
[0.021772] initcall sunxi_pinctrl_init+0x0/0x44 returned 0 after 9765 usecs
[0.067694] initcall param_sysfs_init+0x0/0x198 returned 0 after 29296 usecs
[0.070240] initcall genhd_device_init+0x0/0x88 returned 0 after 9765 usecs
[0.080405] initcall init_scsi+0x0/0x90 returned 0 after 9765 usecs
[0.090384] initcall mmc_init+0x0/0x84 returned 0 after 9765 usecs
2.6、内核 initcall module 并行
内核 initcall 有很多级别，其中启动中最耗时的就是各 module 的 initcall，针对多核方案，可以考虑将 module initcall 并行执行来节省时间。
目前内核 do_initcalls 是一个一个按照顺序来执行，可以修改成新建内核线程来执行。
2.7、减少 pty/tty 个数
加入 initcall 打印之后，发现 pty/tty init 耗时很多，可减少个数来缩短 init 时间。
initcall pty_init+0x0/0x3c4 returned 0 after 239627 usecs
initcall chr_dev_init+0x0/0xdc returned 0 after 36581 usecs
2.8、内核 module
需要考虑启动速度的界定，对于内核 module 的优化主要有两点：
对于必须要加载的模块，直接编译进内核 对于不急需的功能，可以编译成模块。
比如某个应用，会开启主界面联网，启动速度以出现主界面为准，那么可以考虑将 disp 编入内核，wifi 编译成模块，后续需要时再动态加载。
