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ATF-BL1启动流程详解：从复位到BL2的完美一跳

news 2026/6/3 2:05:43

上电复位后，其实是直接跳转到这条指令bl1/aarch64/bl1_entrypoint.S的 bl bl1_main，这条指令是整个 BL1 (Boot Loader 第一阶段) 从汇编跳入 C 世界的关键一跳。下面从全局启动流程到每一阶段的职责做详细分析。

一、总体架构：BL1 在整个启动链中的位置

BL1 是 ARM Trusted Firmware 的第一个启动阶段，运行在最高权限级 EL3。它在上电/复位后最先获得控制权，完成最底层的硬件初始化，验证并加载 BL2，最后将执行权移交给下一阶段。

复位 → BL1 (EL3) → BL2 (EL3/SP) → BL31 (EL3) / BL32 (SP) → 内核 (EL1)

二、bl1_entrypoint 入口汇编分析（执行 bl bl1_main 之前）

文件 bl1/aarch64/bl1_entrypoint.S ：

func bl1_entrypoint el3_entrypoint_common \ _init_sctlr=1 \ _warm_boot_mailbox=!PROGRAMMABLE_RESET_ADDRESS \ _secondary_cold_boot=!COLD_BOOT_SINGLE_CPU \ _init_memory=1 \ _init_c_runtime=1 \ _exception_vectors=bl1_exceptions \ _pie_fixup_size=0

这个宏 el3_common_macros.S 展开后做了 6 件关键事情：

阶段

宏参数

实际动作

① SCTLR 初始化

_init_sctlr=1

清零

SCTLR_EL3中的 EE(大小端)、WXN、SA、A、DSSBS 等位，设置成已知状态

② 冷/热启动检测

_warm_boot_mailbox=

!PROGRAMMABLE_RESET_ADDRESS

调用plat_get_my_entrypoint()

，若非零则视为热启动，直接跳转过去

③ PIE 重定位

_pie_fixup_size=0

禁用（BL1 不需要位置无关可执行文件修复）

④ 异常向量表

_exception_vectors=bl1_exceptions

设置VBAR_EL3→bl1_exceptions

⑤ 主/次 CPU 判断

_secondary_cold_boot=!COLD_BOOT_SINGLE_CPU

主 CPU 继续，次 CPU 进plat_secondary_cold_boot_setup等待

⑥ 内存+C运行时

_init_memory=1

,

_init_c_runtime=1

platform_mem_init→ 清零 BSS/COHERENT_RAM → 搬运 data 段 →

plat_set_my_stack设栈

执行到这行时的状态：
  • MMU/缓存：已初始化（BSS 已清零，数据段已就位）
  • 栈指针 SP_EL0：已指向当前 CPU 的专用栈
  • 异常向量：已注册
  • x30（LR）：指向 bl1_entrypoint 中 bl bl1_main 的下一条指令

三、bl bl1_main 之后的执行流

bl bl1_main 调用回来后，控制权进入 C 函数 bl1_main()。执行完毕后返回，根据编译选项

#if BL2_RUNS_AT_EL3 b bl1_run_bl2_in_el3 ; ← 直接跳转（不返回） #else b el3_exit ; ← 通过 ERET 切换到下一个 EL #endif

如果定义了BL2_RUNS_AT_EL3,就直接专跳了

bl1_run_bl2_in_el3 ：从 bl2_ep_info 中加载入口地址和参数到 ELR_EL3/SPSR_EL3 和 x0-x7，执行 exception_return 直接跳入 BL2

el3_exit：标准的 ERET 序列，切换到 Secure-EL1 或 EL2 执行 BL2

四、bl1_main C 函数——核心实现需求

文件 bl1/bl1_main.c 中，整个函数实现了 8 个阶段的职责：

阶段 1：早期平台初始化
plat_setup_early_console(); // 提前开启调试串口（如 EARLY_CONSOLE） bl1_early_platform_setup(); // 平台早期 setup：UART、计时器、GIC 基础

需求： 在 MMU 开启前完成最基本的外设初始化，确保可以输出调试信息。

阶段 2：架构/内存初始化
bl1_plat_arch_setup(); // 开启 MMU、设置页表、启用cache cm_manage_extensions_el3(...); // EL3 扩展寄存器初始化（PAuth、MPAM、SVE 等）
需求：配置内存映射，使能 MMU 和缓存，初始化 EL3 扩展特性寄存器。
阶段 3：运行时检测与公告
PMF_CAPTURE_TIMESTAMP(...); // 记录性能时间戳 NOTICE(FIRMWARE_WELCOME_STR); // 打印固件欢迎信息 print_errata_status(); // 打印当前 CPU 的勘误状态
需求：测量启动时间、输出固件版本、CPU 勘误状态。
阶段 4：断言验证（调试模式）
  1. 验证 MMU 已使能（SCTLR_M_BIT）
  2. 验证数据/指令缓存已使能（SCTLR_C_BIT / SCTLR_I_BIT）
  3. 验证 CACHE_WRITEBACK_GRANULE 与硬件 CTR_EL0.CWG 一致 需求： 调试模式下确保关键硬件配置正确。
阶段 5：架构和认证初始化
bl1_arch_setup(); // 通用 EL3 架构设置 crypto_mod_init(); // 加密模块初始化 auth_mod_init(); // 认证模块初始化（验证镜像签名） bl1_plat_mboot_init(); // 可信启动测量初始化 bl1_platform_setup(); // 平台后期 setup（GPIO、看门狗等）
需求：为安全启动和镜像认证做准备。如果在 FEAT_CRYPTO 支持的 CPU 上，还需解除浮点寄存器 trap。
阶段 6：决定下一阶段镜像
image_id = bl1_plat_get_next_image_id(); if (image_id == BL2_IMAGE_ID) { bl1_load_bl2(); // 加载并认证 BL2 } else { NOTICE("BL1-FWU: FWU Process Started\n"); // 固件更新模式 }
需求：平台报告下一步要加载的镜像 ID。BL2 → 正常启动；其他 → 固件更新流程。
阶段 7：加载 BL2（bl1_load_bl2）
desc = bl1_plat_get_image_desc(BL2_IMAGE_ID); bl1_plat_handle_pre_image_load(BL2_IMAGE_ID); load_auth_image(BL2_IMAGE_ID, info); // 加载 + 认证 bl1_plat_handle_post_image_load(BL2_IMAGE_ID);
需求详细流程：
  1. 获取 BL2 镜像的描述符
  2. 平台预处理钩子（如擦除目标存储区域）
  3. load_auth_image() — 从非易失存储加载 BL2 镜像，同时对镜像进行签名验证和哈希校验（TBB 可信启动）
  4. 平台后处理钩子（如填充入口参数结构体 bl2_ep_info）
阶段 8：清理并移交
bl1_plat_mboot_finish(); // 测量启动清理 crypto_mod_finish(); // 加密模块清理 bl1_prepare_next_image(image_id); // 准备下一阶段上下文 pauth_disable_el3(); // 若支持 PAuth，禁用指针认证 console_flush(); // 刷新串口缓冲
需求：清理资源，设置下一阶段 BL 的执行上下文（SPSR、ELR、参数寄存器 x0-x7），禁用 EL3 特有的安全特性（否则切换到低权限级后会触发异常），然后返回汇编层跳转。

五、整体数据流图

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐ │ bl1_entrypoint (汇编) │ │ ├─ SCTLR 初始化 │ │ ├─ 冷/热启动判断 │ │ ├─ 异常向量表设置 (VBAR_EL3 = bl1_exceptions) │ │ ├─ 主/次CPU识别 │ │ ├─ platform_mem_init │ │ ├─ BSS清零 / data段搬运 │ │ ├─ 栈初始化 (plat_set_my_stack) │ │ └─ bl bl1_main ────────────────────────────────┐ │ │ │ │ ├─────────────────────────────────────────────────────┤ │ │ bl1_main (C) │ │ │ ├─ plat_setup_early_console() ◄──────┘ │ │ ├─ bl1_early_platform_setup() │ │ ├─ bl1_plat_arch_setup() ← MMU+Cache on │ │ ├─ cm_manage_extensions_el3() │ │ ├─ NOTICE/print_errata_status() │ │ ├─ bl1_arch_setup() │ │ ├─ crypto_mod_init / auth_mod_init │ │ ├─ bl1_platform_setup() │ │ ├─ bl1_plat_get_next_image_id() │ │ ├─ bl1_load_bl2() │ │ │ ├─ bl1_plat_get_image_desc(BL2_IMAGE_ID) │ │ │ ├─ load_auth_image() ← 签名验证 │ │ │ └─ bl1_plat_handle_post_image_load() │ │ ├─ bl1_prepare_next_image() ← 设置 boot 参数 │ │ └─ 返回汇编 (console_flush + pauth_disable) │ │ │ │ ├─────────────────────────────────────────────────────┤ │ │ 返回 bl1_entrypoint (汇编) │ │ │ ├─ BL2_RUNS_AT_EL3? → bl1_run_bl2_in_el3 │ │ │ │ └─ disable_mmu_icache_el3 │ │ │ │ └─ 加载 bl2_ep_info 到 ELR/SPSR/参数寄存器 │ │ │ │ └─ exception_return (ERET) │ │ │ └─ !BL2_RUNS_AT_EL3? → el3_exit │ │ │ └─ ERET 到 Secure-EL1/EL2 │ │ └─────────────────────────────────────────────────────────┘

六、关键设计需求总结

  1. 冷热启动兼容：通过 mailbox 机制区分冷启动（完整初始化）和热启动（快速跳转）
  2. 多核支持：主 CPU 做全局初始化，次 CPU 进入等待
  3. 安全启动 (TBB)：加载 BL2 前必须完成镜像认证（auth_mod + crypto_mod）
  4. 平台可移植性：通过 plat系列钩子函数抽象平台差异（内存布局、存储介质、外设）
  5. 运行时测量：通过 PMF 框架记录启动阶段时间戳，便于性能分析
  6. 固件更新 (FWU)：bl1_plat_get_next_image_id() 返回非 BL2 镜像时，进入固件更新流程
  7. EL3 安全退出：跳转前禁用 EL3 特有的 PAuth、刷新 console，防止信息泄露至低权限级
http://www.jsqmd.com/news/939381/

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