- 硬件設(shè)備初始化。
- 為加載 Boot Loader 的 stage2 準備 RAM 空間。
- 拷貝 Boot Loader 的 stage2 到 RAM 空間中。
- 設(shè)置好堆棧。
- 跳轉(zhuǎn)到 stage2 的 C 入口點。
Boot Loader 的 stage2 通常包括以下步驟(以執(zhí)行的先后順序)：
- 初始化本階段要使用到的硬件設(shè)備。
- 檢測系統(tǒng)內(nèi)存映射(memory map)。
- 將 kernel 映像和根文件系統(tǒng)映像從 flash 上讀到 RAM 空間中。
- 為內(nèi)核設(shè)置啟動參數(shù)。
- 調(diào)用內(nèi)核。
3.1 Boot Loader 的 stage1
3.1.1基本的硬件初始化
這是 Boot Loader 一開始就執(zhí)行的操作，其目的是為 stage2 的執(zhí)行以及隨后的 kernel 的執(zhí)行準備好一些基本的硬件環(huán)境。它通常包括以下步驟（以執(zhí)行的先后順序）：
- 屏蔽所有的中斷。為中斷提供服務(wù)通常是 OS 設(shè)備驅(qū)動程序的責(zé)任，因此在 BootLoader 的執(zhí)行全過程中可以不必響應(yīng)任何中斷。中斷屏蔽可以通過寫CPU 的中斷屏蔽寄存器或狀態(tài)寄存器（比如ARM 的 CPSR 寄存器）來完成。
- 設(shè)置 CPU 的速度和時鐘頻率。
- RAM 初始化。包括正確地設(shè)置系統(tǒng)的內(nèi)存控制器的功能寄存器以及各內(nèi)存庫控制寄存器等。
- 初始化 LED。典型地，通過 GPIO 來驅(qū)動 LED，其目的是表明系統(tǒng)的狀態(tài)是 OK 還是 Error。如果板子上沒有 LED，那么也可以通過初始化 UART 向串口打印 Boot Loader 的 Logo 字符信息來完成這一點。
- 關(guān)閉 CPU 內(nèi)部指令/數(shù)據(jù) cache。
3.1.2 為加載 stage2 準備 RAM 空間
為了獲得更快的執(zhí)行速度，通常把 stage2 加載到 RAM 空間中來執(zhí)行，因此必須為加載Boot Loader 的 stage2 準備好一段可用的 RAM 空間范圍。由于 stage2 通常是 C 語言執(zhí)行代碼，因此在考慮空間大小時，除了 stage2 可執(zhí)行映象的大小外，還必須把堆�？臻g也考慮進來。此外，空間大小最好是 memory page 大小(通常是 4KB)的倍數(shù)。一般而言，1M的 RAM 空間已經(jīng)足夠了。具體的地址范圍可以任意安排，比如 blob 就將它的 stage2 可執(zhí)行映像安排到從系統(tǒng) RAM 起始地址 0xc0200000 開始的1M空間內(nèi)執(zhí)行。
但是，將 stage2 安排到整個 RAM 空間的最頂 1MB(也即(RamEnd-1MB) - RamEnd)是一種值得推薦的方法。
為了后面的敘述方便，這里把所安排的 RAM 空間范圍的大小記為：stage2_size(字節(jié)) ，把起始地址和終止地址分別記為：stage2_start 和 stage2_end(這兩個地址均以 4 字節(jié)邊界對齊)。因此： stage2_end＝stage2_start＋stage2_size
另外，還必須確保所安排的地址范圍的的確確是可讀寫的 RAM 空間，因此，必須對你所安排的地址范圍進行測試。
具體的測試方法可以采用類似于 blob 的方法，也即：以 memory page 為被測試單位，測試每個 memory page 開始的兩個字是否是可讀寫的。為了后面敘述的方便，我們記這個檢測算法為：test_mempage，其具體步驟如下：
- 先保存 memory page 一開始兩個字的內(nèi)容。
- 向這兩個字中寫入任意的數(shù)字。比如：向第一個字寫入 0x55，第 2 個字寫入 0xaa。
- 然后，立即將這兩個字的內(nèi)容讀回。顯然，我們讀到的內(nèi)容應(yīng)該分別是 0x55 和 0xaa。如果不是，則說明這個 memory page 所占據(jù)的地址范圍不是一段有效的 RAM 空間。
- 再向這兩個字中寫入任意的數(shù)字。比如：向第一個字寫入 0xaa，第 2 個字中寫入0x55。
- 然后，立即將這兩個字的內(nèi)容立即讀回。顯然，我們讀到的內(nèi)容應(yīng)該分別是 0xaa和 0x55。如果不是，則說明這個 memory page 所占據(jù)的地址范圍不是一段有效的 RAM空間。
- 恢復(fù)這兩個字的原始內(nèi)容。測試完畢。
為了得到一段干凈的 RAM 空間范圍，我們也可以將所安排的 RAM 空間范圍進行清零操作。
3.1.3 拷貝 stage2 到 RAM 中
拷貝時要確定兩點：
(1) stage2 的可執(zhí)行映象在固態(tài)存儲設(shè)備的存放起始地址和終止地址；
(2) RAM 空間的起始地址。
3.1.4 設(shè)置堆棧指針 sp
堆棧指針的設(shè)置是為了執(zhí)行 C 語言代碼作好準備。通常我們可以把 sp 的值設(shè)置為(stage2_end-4)，也即在 3.1.2 節(jié)所安排的那個 1MB 的 RAM 空間的最頂端(堆棧向下生長)。
此外，在設(shè)置堆棧指針 sp 之前，也可以關(guān)閉 led 燈，以提示用戶我們準備跳轉(zhuǎn)到 stage2。
經(jīng)過上述這些執(zhí)行步驟后，系統(tǒng)的物理內(nèi)存布局應(yīng)該如下圖2所示。
3.1.5 跳轉(zhuǎn)到 stage2 的 C 入口點
在上述一切都就緒后，就可以跳轉(zhuǎn)到 Boot Loader 的 stage2 去執(zhí)行了。
比如，在 ARM 系統(tǒng)中，這可以通過修改 PC 寄存器為合適的地址來實現(xiàn)。
3.2 Boot Loader 的stage2
正如前面所說，stage2 的代碼通常用 C 語言來實現(xiàn)，以便于實現(xiàn)更復(fù)雜的功能和取得更好的代碼可讀性和可移植性。
但是與普通 C 語言應(yīng)用程序不同的是，在編譯和鏈接boot loader 這樣的程序時，我們不能使用 glibc 庫中的任何支持函數(shù)。其原因是顯而易見的。這就給我們帶來一個問題，那就是從那里跳轉(zhuǎn)進 main() 函數(shù)呢？直接把 main() 函數(shù)的起始地址作為整個 stage2 執(zhí)行映像的入口點或許是最直接的想法。但是這樣做有兩個缺點：
1)無法通過main() 函數(shù)傳遞函數(shù)參數(shù)；
2)無法處理 main() 函數(shù)返回的情況。
一種更為巧妙的方法是利用 trampoline(彈簧床)的概念。也即，用匯編語言寫一段trampoline 小程序，并將這段 trampoline 小程序來作為 stage2 可執(zhí)行映象的執(zhí)行入口點。然后我們可以在 trampoline 匯編小程序中用 CPU 跳轉(zhuǎn)指令跳入 main() 函數(shù)中去執(zhí)行；而當(dāng) main() 函數(shù)返回時，CPU 執(zhí)行路徑顯然再次回到我們的 trampoline 程序。簡而言之，這種方法的思想就是：用這段 trampoline 小程序來作為main() 函數(shù)的外部包裹(external wrapper)。
下面給出一個簡單的 trampoline 程序示例(來自blob)：
.text
.globl _trampoline
_trampoline:
bl main
/* if main ever returns we just call it again */
b _trampoline
可以看出，當(dāng) main() 函數(shù)返回后，我們又用一條跳轉(zhuǎn)指令重新執(zhí)行 trampoline 程序,當(dāng)然也就重新執(zhí)行 main() 函數(shù)，這也就是 trampoline(彈簧床)一詞的意思所在。
3.2.1初始化本階段要使用到的硬件設(shè)備
這通常包括：
（1）初始化至少一個串口，以便和終端用戶進行 I/O 輸出信息；
（2）初始化計時器等。
在初始化這些設(shè)備之前，也可以重新把 LED 燈點亮，以表明我們已經(jīng)進入 main() 函數(shù)執(zhí)行。
設(shè)備初始化完成后，可以輸出一些打印信息，程序名字字符串、版本號等。
3.2.2 檢測系統(tǒng)的內(nèi)存映射（memory map）
所謂內(nèi)存映射就是指在整個 4GB 物理地址空間中有哪些地址范圍被分配用來尋址系統(tǒng)的RAM 單元。
比如，在 SA-1100 CPU 中，從 0xC000,0000 開始的512M地址空間被用作系統(tǒng)的 RAM 地址空間，而在 Samsung S3C44B0X CPU 中，從 0x0c00,0000 到 0x1000,0000 之間的64M地址空間被用作系統(tǒng)的 RAM 地址空間。雖然 CPU 通常預(yù)留出一大段足夠的地址空間給系統(tǒng) RAM，但是在搭建具體的嵌入式系統(tǒng)時卻不一定會實現(xiàn) CPU 預(yù)留的全部 RAM 地址空間。也就是說，具體的嵌入式系統(tǒng)往往只把 CPU 預(yù)留的全部 RAM 地址空間中的一部分映射到 RAM 單元上，而讓剩下的那部分預(yù)留 RAM 地址空間處于未使用狀態(tài)。
由于上述這個事實，因此 Boot Loader 的 stage2 必須在它想干點什么 (比如，將存儲在 flash 上的內(nèi)核映像讀到 RAM 空間中) 之前檢測整個系統(tǒng)的內(nèi)存映射情況，也即它必須知道CPU 預(yù)留的全部 RAM 地址空間中的哪些被真正映射到 RAM 地址單元，哪些是處于 "unused" 狀態(tài)的。
(1) 內(nèi)存映射的描述
可以用如下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述 RAM 地址空間中的一段連續(xù)(continuous)的地址范圍：
typedef struct memory_area_struct {
u32 start; /* the base address of the memory region */
u32 size; /* the byte number of the memory region */
int used;
} memory_area_t;
這段 RAM 地址空間中的連續(xù)地址范圍可以處于兩種狀態(tài)之一：
(1)used=1，則說明這段連續(xù)的地址范圍已被實現(xiàn)，也即真正地被映射到 RAM 單元上。
(2)used=0，則說明這段連續(xù)的地址范圍并未被系統(tǒng)所實現(xiàn)，而是處于未使用狀態(tài)。
基于上述 memory_area_t 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，整個 CPU 預(yù)留的 RAM 地址空間可以用一個 memory_area_t 類型的數(shù)組來表示，如下所示：
memory_area_t memory_map[NUM_MEM_AREAS] = {
[0 ... (NUM_MEM_AREAS - 1)] = {
.start = 0,
.size = 0,
.used = 0
},
};
(2) 內(nèi)存映射的檢測
下面我們給出一個可用來檢測整個 RAM 地址空間內(nèi)存映射情況的簡單而有效的算法：
/* 數(shù)組初始化 */
for(i = 0; i < NUM_MEM_AREAS; i++)
memory_map[i].used = 0;
/* first write a 0 to all memory locations */
for(addr = MEM_START; addr < MEM_END; addr += PAGE_SIZE)
* (u32 *)addr = 0;
for(i = 0, addr = MEM_START; addr < MEM_END; addr += PAGE_SIZE) {
/*
* 檢測從基地址 MEM_START+i*PAGE_SIZE 開始,大小為
* PAGE_SIZE 的地址空間是否是有效的RAM地址空間。
*/
調(diào)用3.1.2節(jié)中的算法test_mempage()；
if ( current memory page isnot a valid ram page) {
/* no RAM here */
if(memory_map[i].used )
i++;
continue;
}
/*
* 當(dāng)前頁已經(jīng)是一個被映射到 RAM 的有效地址范圍
* 但是還要看看當(dāng)前頁是否只是 4GB 地址空間中某個地址頁的別名？
*/
if(* (u32 *)addr != 0) { /* alias? */
/* 這個內(nèi)存頁是 4GB 地址空間中某個地址頁的別名 */
if ( memory_map[i].used )
i++;
continue;
}
/*
* 當(dāng)前頁已經(jīng)是一個被映射到 RAM 的有效地址范圍
* 而且它也不是4GB 地址空間中某個地址頁的別名。
*/
if (memory_map[i].used == 0) {
memory_map[i].start = addr;
memory_map[i].size = PAGE_SIZE;
memory_map[i].used = 1;
} else {
memory_map[i].size += PAGE_SIZE;
}
} /* end of for (…) */
在用上述算法檢測完系統(tǒng)的內(nèi)存映射情況后，Boot Loader 也可以將內(nèi)存映射的詳細信息打印到串口。
3.2.3 加載內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像
（1）規(guī)劃內(nèi)存占用的布局
這里包括兩個方面：
