裸机启动流程

“裸机”指直接运行在硬件上的程序（无操作系统，通常是MCU/单片机），启动流程极简：

1. 硬件复位

   • 上电/复位后，CPU强制从固定启动地址（如0x00000000）读取指令（该地址通常映射到片内Flash或ROM）。0x0000000此处存储的是向量表的起始地址，向量表的第 1 项是栈顶地址，第 2 项是复位中断服务程序（Reset_Handler）的入口地址。。

2. 初始化与执行

   • 启动地址的程序直接包含硬件初始化逻辑：设置堆栈指针（SP）、配置时钟（如晶振→PLL）、初始化GPIO/UART等外设。这些代码通常位于启动文件（如 STM32 的startup.s）或初始化函数（如SystemInit()）。
   • 无中间层（无BootLoader/OS），初始化后直接运行应用逻辑（如传感器采集、电机控制）。

特点：程序必须包含所有硬件驱动和逻辑，适用于简单场景（如单片机控制LED、温湿度采集）。

STM32启动流程（以Cortex-M内核为例）

STM32是基于ARM Cortex-M系列内核的嵌入式微控制器，其启动流程由硬件复位逻辑和启动模式共同决定，核心是从指定存储介质加载程序并跳转执行：

1. 硬件复位阶段

   • 芯片上电或复位引脚触发后，硬件自动执行复位序列：关闭中断、初始化部分核心寄存器（如PC指针、SP指针）。
   • 复位后，PC（程序计数器）强制指向启动地址（0x00000000），SP（栈指针）从启动地址+4的位置读取（即向量表第0项为栈顶地址，第1项为复位中断服务程序入口）。

2. 启动模式选择
   STM32通过BOOT0、BOOT1引脚电平决定启动介质（如Flash、SRAM、系统存储器）：

   • 若从Flash启动（最常用）：程序存储在片内Flash，启动地址映射到Flash基地址（0x08000000），向量表默认位于此处。
   • 若从系统存储器启动（ISP模式）：执行芯片出厂固化的BootLoader（用于通过UART/SPI等更新程序）。

3. 向量表与中断服务程序

   • 启动地址处是向量表（中断服务程序入口地址的数组），第1项为复位中断服务程序（Reset_Handler）。
   • 硬件自动跳转到Reset_Handler执行：初始化系统时钟（如PLL）、配置外设、初始化堆栈，最终调用main()函数。

4. 进入应用程序

   • Reset_Handler执行完毕后，跳转到用户编写的main()函数，开始运行应用逻辑。

Linux嵌入式设备启动流程

嵌入式Linux设备（如ARM开发板）的启动依赖“硬件初始化→BootLoader→内核→根文件系统”的链式加载，核心是从存储介质加载并启动操作系统：

1. BootROM阶段（固化初始程序）

   • 上电后，CPU从固化的BootROM（只读存储器） 开始执行（如ARM的iROM、MIPS的BootROM）。
   • 功能：初始化最小硬件（如时钟、SPI/NAND控制器），检测启动介质（eMMC、SD卡、NAND Flash），加载BootLoader到片内RAM。

2. BootLoader阶段（如U-Boot）

   • BootLoader是用户可定制的引导程序，分两个阶段：
     • 阶段1（汇编实现）：初始化关键硬件（DDR内存、串口），将自身剩余部分加载到DDR。
     • 阶段2（C实现）：解析启动参数（如从环境变量读取内核地址），加载Linux内核和设备树（Device Tree）到DDR指定地址。
   • 最终通过bootm或bootz命令跳转到内核入口（如0x80008000）。

3. Linux内核启动

   • 内核启动：解压自身（若内核是压缩的），初始化核心组件（进程管理、内存管理、中断系统），解析设备树（识别硬件），挂载根文件系统（通过root=参数指定，如/dev/mmcblk0p2）。
   • 启动init进程（PID=1，如systemd、busybox init），作为用户空间第一个进程。

4. 用户空间启动

   • init进程加载配置文件（如/etc/inittab），启动服务（如网络、驱动），最终进入命令行或应用程序。

Windows设备启动流程

1. 启动自检阶段：设备通电后，首先会读取BIOS（基本输入/输出系统）或UEFI（统一可扩展固件接口），对内存、CPU、硬盘、键盘等设备进行自检。此阶段屏幕上会显示自检相关的打印信息，若检测到硬件故障，可能会报警或显示错误提示。
2. 初始化启动阶段：BIOS或UEFI会根据预设的启动顺序，查找可启动的优先设备，如本地磁盘、CD - Driver、USB设备等，并准备从该设备启动系统。此时屏幕一般为黑屏状态。
3. Boot加载阶段：若从硬盘启动，会从启动分区（如C盘）加载Ntldr（Windows Vista之前的系统）或bootmgr.exe（Windows Vista及之后的系统）。Ntldr会设置内存模式，若是x86处理器且操作系统为32位，则设置为32 - bit flat memory mode，若为64位操作系统+64位处理器，则设置为64位内存模式。然后启动文件系统，读取boot.ini文件（用于确定启动选项）。如果按F8或存在多系统时，会显示启动选项菜单，否则屏幕仍为黑屏。
4. 检测和配置硬件阶段：系统开始检查和配置一些硬件设备，包括系统固件（如时间和日期）、总线和适配器、显示适配器、键盘、通讯端口、磁盘、软盘、输入设备（如鼠标）、并口以及在ISA总线上运行的设备等。此过程屏幕依旧是黑屏。
5. 内核加载阶段：Ntldr或bootmgr.exe将首先加载Windows内核Ntoskrnl.exe和硬件抽象层（HAL）。接着从注册表HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet下读取这台机器安装的驱动程序，并依次加载。驱动程序加载完成后，系统会创建系统环境变量，启动win32.sys（Windows子系统的内核模式部分）、csrss.exe（Windows子系统的用户模式部分）和winlogon.exe，创建虚拟内存页面文件，还可能对一些必要的文件进行改名（主要是驱动文件）。此时屏幕会显示Windows logo界面和进度条。
6. 登录阶段：系统会启动机器上安装的所有需要自动启动的Windows服务，启动本地安全认证Lsass.exe，然后显示登录界面，等待用户输入用户名和密码进行登录，登录成功后，系统启动完成，用户可开始使用计算机。

总结

• 复杂系统（Linux电脑/嵌入式）依赖“固件→BootLoader→内核→用户空间”的链式加载，核心是分层初始化硬件并加载更大的程序。
• 简单系统（STM32裸机、无BootLoader）直接从固定地址执行，程序需包含所有硬件初始化逻辑。
• BootLoader的作用是“桥接硬件与目标程序”，解决“目标程序太大无法直接从ROM执行”或“需要灵活加载不同程序”的问题。