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RK3588多核启动全链路解析：从上电到SMP的每一步

你有没有遇到过这样的场景？系统上电后，串口只打印出主核的日志，其余七个核心“悄无声息”，像是从未存在过。或者更糟——内核卡在smp_init()，迟迟不往下走，而/proc/cpuinfo里永远只有CPU0在线。

如果你正在调试RK3588平台的启动流程，尤其是想搞清楚为什么从核没起来、PSCI调用失败、或者Boot ROM跳转异常，那么这篇文章就是为你准备的。

我们不讲空泛概念，也不堆砌术语。我们将以实战视角，沿着RK3588在arm64架构下的真实启动路径，一步步拆解从硬件复位到Linux SMP就绪的全过程。重点不是“有哪些阶段”，而是“每个阶段到底干了什么”、“谁在控制”、“出了问题怎么查”。

上电那一刻：八个核心同时醒来，但只有一个能说话

当RK3588上电或触发复位信号时，所有八个CPU核心（A76×4 + A55×4）都会被释放复位状态，并尝试从预设地址开始取指执行——这个地址通常是片内ROM的起始位置，比如0x0000_0000。

但这里有个关键机制：硬件仲裁逻辑会强制只允许一个核心（通常是CPU0）进入执行状态，其他核心则被置于等待或低功耗挂起状态。

✅为什么这么做？

如果多个核心同时运行初始化代码，就会导致外设冲突、内存竞争、时钟重复配置等问题。必须有一个“主控者”先建立秩序，再逐个唤醒队友。

这个唯一的幸运儿就是所谓的主核（Primary Core），它将肩负起加载后续引导程序、初始化系统资源、最终唤醒其他兄弟的重任。

第一棒：Boot ROM —— 硬件信任根，不可篡改的生命线

它是谁？它在哪？

Boot ROM 是固化在SoC内部掩膜ROM中的只读代码，也叫一级引导程序（BL1）。它是整个启动链的起点，也是唯一无法被用户修改的部分。

它的入口地址是芯片设计时硬编码的，例如0x0000_0000。一旦上电，CPU0就会从此处开始执行。

它做了什么？

虽然功能极简，但它承担着至关重要的任务：

• 检测启动模式引脚（GPIO）或eFUSE设置，确定从哪里加载下一阶段；
• 初始化基本时钟源和电源管理模块；
• 尝试从eMMC、SPI NAND、USB等介质读取第二阶段镜像（通常是MaskROM Loader或ATF）；
• 可选地进行签名验证（支持Secure Boot）；
• 成功后将其加载到SRAM或DRAM中，并跳转过去。

启动介质选择示例：

这意味着你可以通过外部跳线改变启动方式，非常适用于烧录和调试。

关键特性总结

⚠️ 注意：如果Boot ROM找不到有效镜像，通常会进入USB下载模式，等待PC端工具（如RKDevTool）刷机。这也是你在“砖机”时还能救回来的原因。

第二棒：ATF（Arm Trusted Firmware）—— 安全世界的总指挥

运行环境：EL3，最高特权等级

ATF作为BL2或BL31阶段运行，在Secure World下以Exception Level 3（EL3）执行，拥有对整个系统的完全控制权。

它的主要使命是搭建安全基础设施，并为非安全世界（Normal World）铺平道路。

核心职责一览

1. 异常向量设置：建立完整的异常处理框架；
2. GICv3初始化：配置中断控制器，使能IPI（处理器间中断）；
3. TrustZone划分：通过TZC/TZMA保护安全内存区域；
4. PSCI服务注册：暴露标准接口用于核启停、休眠等操作；
5. SMC路由配置：处理来自非安全世界的请求转发；
6. 移交控制权：最终跳转至U-Boot（BL33）或直接到内核。

多核启动的关键：PSCI 接口

PSCI（Power State Coordination Interface）是Arm定义的标准电源管理接口，RK3588支持PSCI v1.1，允许动态启用/禁用CPU核心。

主核可以通过调用PSCI_CPU_ON来远程唤醒指定MPIDR的核心。

// 示例：主核唤醒CPU1 int power_up_secondary_core(uint64_t mpidr, uint64_t entry) { register uint64_t r0 asm("x0") = PSCI_CPU_ON; register uint64_t r1 asm("x1") = mpidr; // 如 0x80000001 register uint64_t r2 asm("x2") = entry; // 入口函数地址 register uint64_t r3 asm("x3") = 0; asm volatile("smc #0" : "+r"(r0) : "r"(r1), "r"(r2), "r"(r3) : "memory"); return r0; // 返回值表示成功与否 }

🔍注意点：

• mpidr必须与设备树中定义的一致；
• entry地址必须可访问且映射正确；
• 若ATF未启用CONFIG_PSCI或未注册cpu_on回调，则此调用将失败。

第三棒：U-Boot —— 主核的舞台，但从核只能旁观

身份定位：BL33，运行于Non-secure EL2 或 EL1

U-Boot在此阶段负责完成以下关键动作：

• 初始化DDR控制器（PHY训练、时序校准）；
• 驱动存储设备（eMMC/SD/NAND）读取内核镜像和DTB；
• 解析设备树，传递硬件信息给内核；
• 设置启动参数（ATAGS或FDT）；
• 最终跳转至内核入口。

但它有一个重要限制：U-Boot默认只在主核上运行，不对从核做任何主动操作。

但它也为多核做了哪些准备？

尽管不直接唤醒从核，U-Boot仍需为后续SMP做好基础工作：

• 确保DDR初始化成功：否则从核即使被唤醒也无法访问内存；
• 正确填充设备树：包括/cpus节点下的拓扑结构、clock-frequency、enable-method 等；
• 保留共享数据区：某些平台需要预留用于核同步的内存页；
• 关闭MMU前保存现场：避免跳转后上下文丢失。

设备树片段示例（dtsi）：

cpus { #address-cells = <2>; #size-cells = <0>; cpu-map { cluster0 { core0 { cpu = <&CPU0>; }; core1 { cpu = <&CPU1>; }; }; }; CPU0: cpu@0 { device_type = "cpu"; compatible = "arm,cortex-a76"; reg = <0x0 0x0>; enable-method = "psci"; next-level-cache = <&L3_CACHE0>; }; CPU1: cpu@1 { device_type = "cpu"; compatible = "arm,cortex-a76"; reg = <0x0 0x1>; enable-method = "psci"; // 告诉内核用PSCI唤醒 }; };

💡 提示：若此处enable-method缺失或写错，内核将无法唤醒从核！

终点冲刺：Linux内核 SMP 启动机制详解

阶段一：主核启动（BSP）

主核从_start开始执行，经过一系列汇编初始化后进入start_kernel()，完成如下关键步骤：

• 内存子系统初始化（paging_init）
• 中断系统 setup（init_IRQ）
• 调度器初始化（sched_init）
• SMP框架注册
• 解析/cpus节点，构建CPU topology map

然后进入smp_init()，正式开启多核上线流程。

阶段二：从核唤醒（APs）

smp_init()会遍历所有在设备树中标记为“可用”的CPU节点，调用：

firmware_ops->cpu_boot(cpu)

这个函数指针通常指向psci_cpu_boot()，内部封装了前面提到的SMC调用。

一旦ATF收到该请求，便会为对应核心设置上下文并触发其从低功耗状态恢复执行。

从核启动入口：secondary_startup()

这是所有从核的统一入口点，位于arch/arm64/kernel/head.S：

ENTRY(secondary_startup) mrs x0, mpidr_el1 and x0, x0, #0xff // 提取Affinity Level 0 (core ID) mov x1, #PAGE_OFFSET orr x1, x1, #__secondary_data add x1, x1, x0, LSL #3 // 计算偏移：core_id * 8 ldur x2, [x1, #8] // 读取piggyback标志 cbz x2, 1f // 若未初始化，则走完整流程 b secondary_start_here // 已初始化则跳过setup 1: bl __cpu_setup // 架构级初始化 adr x0, secondary_start_here msr vbar_el1, x0 isb b __primary_switched ENDPROC(secondary_startup)

这段代码的核心逻辑是：

1. 获取自己的MPIDR_EL1寄存器值；
2. 根据core ID查找专属数据结构；
3. 判断是否已完成早期初始化；
4. 若否，则执行必要的CPU setup（如TLB、cache）；
5. 切换页表，进入C语言环境；
6. 最终调用cpu_startup_entry()，进入idle loop等待调度。

📌 补充知识：

• MPIDR格式：<Aff3.Aff2.Aff1.Aff0>，RK3588一般使用0x800000XX形式，其中XX为core编号；
• Cache Coherency：依赖CCI-550或CMN总线实现ACE-Lite一致性协议；
• IPI通信：通过GICv3的SGI（Software Generated Interrupt）实现核间通知。

实际问题排查指南：那些年我们踩过的坑

❌ 故障现象1：从核无法启动，日志停留在Booting CPUs...

可能原因分析：

🔧调试建议：
- 在ATF中添加INFO("PSCI: cpu_on called for 0x%llx\n", mpidr);日志；
- 使用JTAG连接DS-5或OpenOCD观察各核PC是否停滞；
- 检查__pa_symbol(__secondary_data)地址是否被正确映射。

❌ 故障现象2：启动卡死在early_printk，DDR似乎没工作

真相往往是：DDR训练失败！

U-Boot阶段的DDR初始化极为关键。若PHY训练参数错误、时序不准、电压不稳定，可能导致：

• 主核勉强运行（使用IRAM），但从核无法访问DRAM；
• 即使唤醒，也会因缺页崩溃；
• 内核根本加载不进来。

🔧解决思路：

• 检查U-Boot中dram_init()相关代码；
• 使用RK官方工具（如DDR Tool）生成最优训练结果；
• 确认rk3588_ddr_*.dtsi中的timing节点是否匹配实际颗粒；
• 启用CONFIG_DEBUG_LL_UARTx查看底层串口输出。

❌ 故障现象3：多核温度不均，性能差异大

这通常不是启动问题，而是频率策略配置不当所致。

A76和A55属于不同Cluster，可能绑定不同的DVFS表。

🔧检查项：

• /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor
• 是否启用了interactive或schedutil；
• 是否有thermal throttling限制；
• 使用cpupower frequency-info查看当前频点。

设计建议与最佳实践

✅ 内存一致性保障

• 启用SMP Cache Coherency（CCI/CMN）；
• 避免手动flush cache unless necessary；
• 使用dma-coherent属性标记DMA设备。

✅ 中断分发优化

• GIC Distributor配置全局中断；
• Redistributor分配per-CPU私有中断（PPI）；
• 使用IPI进行核间通信（如reschedule、TLB flush）；

✅ 电源域管理

• A76 Cluster 和 A55 Cluster 可独立上下电；
• 结合CPUIdle驱动实现深度睡眠；
• 注意Cluster级reset release顺序。

✅ 调试技巧推荐

总结：掌握这条链，你就掌握了RK3588的灵魂

RK3588的多核启动不是一个简单的“加载→跳转”过程，而是一场精密协作的接力赛：

1. Boot ROM是裁判员，决定谁能先出发；
2. ATF是安全卫士兼调度官，掌控PSCI大门；
3. U-Boot是主核专属助手，准备好战场却不参战；
4. Linux Kernel是总指挥，通过设备树识别兵力，调用PSCI逐个唤醒战士；
5. GICv3 + CCI + MPIDR是通信网、交通线和身份证系统，缺一不可。

当你下次面对“七核失踪案”时，请记住：

🔍先查设备树 → 再看PSCI → 然后盯DDR → 最后抓JTAG

每一个环节都环环相扣，任何一个疏漏都会让整个SMP体系瘫痪。

而这套机制，也正是现代arm64 SoC强大灵活性与高安全性背后的真正基石。

如果你正在开发定制化Bootloader、做安全启动加固、或是优化启动时间，理解这套全流程不仅是加分项，更是必备技能。

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