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RISC-V引导运行Linux

2026-10-11 08:13:40

RISC-V引导运行Linux

BootROM --> OpenSBI --> U-Boot(SPL-->U-Boot) -->Kernel

此处暂不讨论secure boot。

bootrom基本工作：

1. 上电复位2. 初始化时钟和基本硬件（比如启动介质SPI flash，SD/eMMC等）3. 判断启动介质（strap）4. 从启动介质加载“第一阶段固件”5. 跳转执行

opensbi基本工作：

设置 M-mode（机器模式）
配置 S-mode（内核运行模式），配置PMP（内存访问保护）
配置中断/异常委托
定义 M → S 的调用接口（SBI）

SBI 功能	用途
Timer	内核 tick
IPI	多核调度
Hart control	CPU 上下电
Console	early print

SBI 调用约定：

RISC-V SBI 规定：

寄存器	含义
`a7`	SBI Extension ID
`a6`	Function ID
`a0-a5`	参数
`a0`	返回值

opensbi运行在片内sram上。

opensbi运行在M-mode，U-Boot和Kernel运行在S-mode。

kernel 主动进入 OpenSBI，只能通过 ecall指令。

Linux kernel/U-Boot 发起 ecall → OpenSBI → 硬件timer→ 再回到 kernel流程：

Linux / U-Boot (S-mode)││ 1. ecall SBI_SET_TIMER(next_event)▼OpenSBI (M-mode)，根据a7和a6调用对应handler││ 2. 编程 CLINT mtimecmp││ 3. mret 回到 S-mode▼硬件定时器││ 4. mtime >= mtimecmp││ 5. 触发 timer interrupt▼OpenSBI trap (M-mode)││ 6. 转换为 S-mode timer interrupt，即清除 machine timer interrupt，人为制造一个 S-mode timer interrupt。若在opensbi中已经配置了中断委托，则无需此步骤。▼Linux kernel IRQ handler（S-mode）││ 7. tick / hrtimer / scheduler

对于IPI和PLIC中断，是同样的道理，kernel主动触发IPI核间中断也是通过ecall陷入M-mode之后写目标hart的msip，触发目标hart中断，目标hart可以选择配置ssip触发S-mode的software interrupt，也可以提前配置中断委托从而直接在kernel（S-mode）处理。
当PLIC外部中断到来，先进opensbi M-mode处理，同样可以选择配置seip触发
S-mode的external interrupt，也可以提前配置中断委托从而直接在kernel（S-mode）处理。

U-Boot 是“真正的板级初始化 + OS 装载器”

U-Boot基本工作：

DDR初始化，SoC板级初始化
提供交互式调试环境
加载 Linux Kernel / DTB

由于U-Boot体积一般大于SRAM大小，因此通常会分为SPL+U-Boot。

U-Boot SPL（Secondary Program Loader）：

极小代码（<100KB）
运行在 SRAM
初始化 DDR
把 U-Boot 搬到 DDR

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