.. _system_boot_flow: ================ 系统启动流程 ================ 本文档描述 ARCS SDK 在 Nuclei RISC-V 核（ARCS SoC）上从芯片复位到 ``main()`` 的完整启动流程，并说明各阶段涉及的关键源文件。 整体流程概览 ============ :: 复位 └─► [Stage 1] 汇编启动 (_start) soc/arcs/startup/startup.S ├─ 禁用全局中断 ├─ 初始化 GP / TP / SP ├─ 配置 ECLIC 中断入口（早期异常入口） └─► scatload() — 将各段从 ROM 复制到 RAM └─► [Stage 2] C 入口 (system_entry) system/sys_entry.c ├─ soc_pre_init() — 芯片预初始化钩子（弱符号） ├─ soc_init() — 芯片底层初始化 ├─ sys_init_run_level(PRE_SYSTEM_INIT) — 串口等早期外设初始化 ├─ boot_banner() — 打印 SDK 版本横幅 ├─ sysheap_init() — 系统堆初始化 ├─ console_init() — Console 初始化 ├─ lisa_log_init() — 日志系统初始化 ├─ sys_init_run_level(PRE_DEVICES_INIT)— 设备驱动早期初始化 ├─ sys_init_run_level(PRE_KERNEL) — RTOS 启动前初始化 ├─ cpp_init() — C++ 全局构造函数 └─► [FreeRTOS] vTaskStartScheduler() ├─ sys_init_run_level(POST_KERNEL) ├─ sys_init_run_level(PRE_APPLICATION) └─► main() [裸机] 直接调用 main() Stage 1 — 汇编启动 ================== **源文件：** ``soc/arcs/startup/startup.S`` 芯片复位后，PC 跳转到 ``.vtable`` 段第 0 项（ ``j _start`` ），进入汇编启动代码。 .. list-table:: :widths: 5 35 60 :header-rows: 1 * - 步骤 - 操作 - 说明 * - 1 - ``csrc MSTATUS, MIE`` - 禁用全局中断，防止初始化期间误触发 * - 2 - 初始化 GP / TP - 使用 ``.option norelax`` 确保 ``la gp, __global_pointer$`` 正确 * - 3 - 初始化 SP - ``la sp, __StackTop`` ，指向主栈顶 * - 4 - 配置 NMI 共享 mtvec - 设置 ``MMISC_CTL.NMI_CAUSE_FFF`` ，NMI 复用异常入口 * - 5 - 配置 ECLIC 向量基址 - mtvt = vector_base，mtvt2 = irq_entry（非向量中断入口） * - 6 - 设置早期异常入口 - ``mtvec = early_exc_entry`` ，此阶段触发异常直接 WFI 死循环 * - 7 - 开启 FPU / Vector - 按 ``march`` 编译选项条件使能 * - 8 - 使能性能计数器 - 清除 ``MCOUNTINHIBIT`` 的 CY/IR 位，使能 cycle/instret 计数 * - 9 - ``call scatload`` - 将 LMA≠VMA 的段（代码/数据）从 ROM 复制到 RAM * - 10 - ``call system_entry`` - 进入 C 初始化入口，**不返回** 向量表结构 ---------- - 偏移 0： ``j _start`` （复位跳转入口） - 偏移 4 ~ N：各中断处理入口（共 78 个） - 偏移 80 ~ 143：Image Header，含魔数 ``Hr`` 、版本、VMA、镜像名 ``ARCS_APP`` Stage 2 — SoC 底层初始化 ========================= **源文件：** ``soc/arcs/startup/soc.c`` ``system_entry`` 首先调用 ``soc_init()`` ，完成芯片底层硬件初始化： .. list-table:: :widths: 5 30 65 :header-rows: 1 * - 顺序 - 函数/操作 - 说明 * - 1 - 读取 HARTID - ``__RV_CSR_READ(CSR_MHARTID) & 0xff`` ，存入全局变量 * - 2 - ``_get_iregion_info`` - 读取 ``MCFG_INFO`` ，确定 ECLIC / SysTimer 基址 * - 3 - ``irq_vectors_init`` - 初始化 OS 中断向量表，注册 MSIP / MTIP 默认处理函数 * - 4 - ``ClockInit`` - 调用 ``BootClock_Init()`` ，更新 ``SystemCoreClock`` ，使能 MTIME 时钟 * - 5 - ICache / DCache - 按 Kconfig ``CONFIG_ICACHE_ENABLE`` / ``CONFIG_DCACHE_ENABLE`` 配置 * - 6 - ``non_cacheable_region_enable`` - 将 WiFi RAM 区域配置为非缓存区 * - 7 - ``PMP_Init`` - 配置物理内存保护（ILIM/DLIM/SRAM/PSRAM/FLASH 各分区权限） * - 8 - ``Exception_Init`` - 将所有异常处理函数初始化为默认处理器 * - 9 - ``ECLIC_Init`` - 设置 MTH=0，配置 NLBits * - 10 - 切换正式异常入口 - ``mtvec = exc_entry`` ，切换到 ECLIC 模式（ ``mtvec[1:0] = 0b11`` ） * - 11 - 使能 BPU - 设置 ``MMISC_CTL.BPU`` ，启用分支预测 * - 12 - 设置 MSCRATCH - 配置异常回溯（backtrace）使用的栈顶地址 * - 13 - PSRAM 初始化 - ``PSRAM_Initialize()`` ，随后 DCache invalidate，加载 PSRAM 段 * - 14 - Watchdog 初始化 - 按 ``CONFIG_WATCHDOG_ENABLE`` / ``CONFIG_BOOT_WITH_WATCHDOG`` 配置 Stage 3 — 系统框架初始化 ========================= **源文件：** ``system/sys_entry.c`` ``soc_init()`` 返回后， ``system_entry`` 按以下顺序初始化系统框架： .. code-block:: none soc_pre_init() ← 弱符号，SoC 级最早钩子（当前为空实现） soc_init() ← 见 Stage 2 sys_init_run_level(PRE_SYSTEM_INIT) ← 串口/早期外设，console 之前必须完成 boot_banner() ← 打印 SDK 版本信息 sysheap_init() ← 系统堆初始化（须在其他组件之前） console_init() ← Console 初始化（依赖 heap） lisa_log_init() ← 日志系统初始化 printf_log_redirect_enable() ← printf/printk 重定向到日志系统 sys_init_run_level(PRE_DEVICES_INIT) ← 设备驱动早期注册 pre_main_hook() ← 弱符号，用户可覆盖的扩展点 sys_init_run_level(PRE_KERNEL) ← RTOS 启动前组件初始化 cpp_init() ← C++ 全局构造函数 Stage 4 — 进入 main() ====================== FreeRTOS 模式 ------------- .. code-block:: none xTaskCreate(main_task, ...) ← 创建主任务 vTaskStartScheduler() ← 启动调度器 ── 调度器运行后（main_task 中）── sys_init_run_level(POST_KERNEL) ← RTOS 运行后的组件初始化 sys_init_run_level(PRE_APPLICATION) ← 应用级初始化 main() ← 用户应用入口 裸机模式 -------- .. code-block:: none main() ← 直接进入用户应用 while(1) {} ← main() 返回后死循环 sys_init 分级初始化机制 ======================== **源文件：** ``system/init/sys_init.c`` ， ``system/init/sys_init.h`` SDK 提供了分级初始化机制，模块可通过宏在指定级别注册初始化函数： .. list-table:: :widths: 30 10 60 :header-rows: 1 * - 级别 - 枚举值 - 触发时机 * - ``PRE_SYSTEM_INIT`` - 0 - ``soc_init()`` 之后，banner 之前。**串口必须在此级别注册** * - ``PRE_DEVICES_INIT`` - 1 - console/log 初始化之后， ``pre_main_hook`` 之前 * - ``PRE_KERNEL`` - 2 - RTOS 调度器启动之前 * - ``POST_KERNEL`` - 3 - RTOS 调度器启动之后（仅 FreeRTOS 模式） * - ``PRE_APPLICATION`` - 4 - ``main()`` 调用之前（仅 FreeRTOS 模式） 注册方式示例： .. code-block:: c /* 在 PRE_KERNEL 阶段，子优先级 10 执行 my_driver_init */ SYS_INIT(my_driver_init, PRE_KERNEL, 10); 初始化函数通过 linker script 放入对应的 ``__sys_init__start/end`` 段， ``sys_init_run_level()`` 在对应阶段遍历执行所有已注册函数。 异常处理机制 ============ **源文件：** ``soc/arcs/startup/system.c`` .. list-table:: :widths: 30 70 :header-rows: 1 * - 阶段 - 处理方式 * - 早期启动（scatload 之前） - ``mtvec = early_exc_entry`` ，触发异常后执行 WFI 死循环 * - 正式运行（soc_init 完成后） - ``mtvec = exc_entry`` ，进入 ECLIC 非向量模式 * - 异常分发 - ``core_exception_handler(mcause, sp)`` → ``SystemExceptionHandlers[EXCn]`` * - 默认处理 - 打印 MCAUSE / MEPC / 寄存器现场，可选 coredump 或软件复位 * - NMI - 复用 mtvec，通过 ``MMISC_CTL.NMI_CAUSE_FFF`` 路由到异常处理器 关键源文件索引 ============== .. list-table:: :widths: 45 55 :header-rows: 1 * - 文件 - 说明 * - ``soc/arcs/startup/startup.S`` - 复位入口、中断向量表、Image Header * - ``soc/arcs/startup/soc.c`` - SoC 底层初始化（Clock/Cache/PMP/ECLIC/PSRAM） * - ``soc/arcs/startup/system.c`` - 异常框架、中断向量分发、系统复位 API * - ``system/sys_entry.c`` - ``system_entry()`` ，系统框架初始化主流程 * - ``system/init/sys_init.c`` - 分级初始化框架实现 * - ``system/init/sys_init.h`` - 分级初始化宏定义（ ``SYS_INIT`` 等）