Embedded Linux 開機流程拆解：從 Bootloader 到 systemd

嵌入式裝置按下電源到看見畫面／服務就緒，中間其實經過好幾個獨立的階段，各自有不同的除錯方式。這篇筆記把整條開機流程拆開來看。

開機流程總覽

Power On
  └─ ROM Code / BootROM
       └─ SPL (Secondary Program Loader)
            └─ U-Boot（或其他 Bootloader）
                 └─ Linux Kernel
                      └─ initramfs / initrd
                           └─ systemd (PID 1)
                                └─ 使用者服務

1. ROM Code：不能被更新的第一段程式

晶片出廠就燒錄好的一小段程式碼，負責找到下一階段的載入器（通常在 eMMC、SPI NOR 或 SD 卡的固定位址）。這段程式無法透過韌體更新修改，出問題基本上等於磚。

2. Bootloader：初始化硬體、載入 Kernel

U-Boot 這類 Bootloader 主要做三件事：

• 初始化 DRAM、時脈、基本周邊
• 從儲存裝置讀出 Kernel image、Device Tree、initramfs
• 把控制權交給 Kernel，並透過 command line 傳遞開機參數（如 console=、root=）

除錯技巧：接 UART console，觀察 U-Boot 印出的 log；printenv 可以檢查目前的環境變數是否指向正確的 kernel/dtb 位置。

3. Kernel 初始化

Kernel 解壓縮後開始跑，依序完成：

1. 架構相關初始化（MMU、cache）
2. Device Tree 解析，掛載對應的 driver
3. 掛載根檔案系統（依 root= 參數）
4. 執行 /sbin/init（通常就是 systemd）

如果卡在這個階段，常見原因是 Device Tree 與實際硬體對不上，或是 root 檔案系統的路徑／檔案系統型別設錯。

4. systemd：使用者空間的起點

systemd 接手後依照 target 之間的相依關係平行啟動服務，取代傳統 init script 的序列式啟動，這也是開機時間能明顯縮短的原因。

常用除錯指令：

小結

嵌入式開機問題排查的第一步，永遠是先判斷「卡在哪一階段」——UART 看不到任何輸出通常是 ROM Code / SPL 沒吃到；能看到 U-Boot 但進不了 Kernel，多半是 image 或 DTB 有問題；能進 Kernel 但服務起不來，就該把矛頭轉向 systemd 跟你自己寫的 service unit。