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S3C2440從NAND Flash啟動和NOR FLASH啟動的問題

2020-12-15 06:31:55 作業系統

1.為什么NAND FLASH不能直接運行程式

? ? NAND FLASH本身是連接到了控制器上而不是系統總線上,CPU運行機制為:CPU啟動后是要取指令執行的,如果是SROM、NOR FLASH 等之類的,CPU 通過地址線發個地址就可以取得指令并執行,NAND FLASH不行,因為NAND FLASH 是管腳復用,它有自己的一套時序,這樣CPU無法取得可以執行的代碼,也就不能初始化系統了,

? ? NAND FLASH是順序存取設備,不能夠被隨機訪問,程式就不能夠分支或跳轉,這樣你如何去設計程式,

? ? U-BOOT 支持ARM、 PowerPC等多種架構的處理器,也支持Linux、NetBSD和VxWorks等多種作業系統,主要用來開發嵌入式系統初始化代碼 bootloader,bootloader是芯片復位后進入作業系統之前執行的一段代碼,完成由硬體啟動到作業系統啟動的過渡,為運行作業系統提供基本的運行環境,如初始化CPU、堆疊、初始化存盤器系統等,其功能類似于PC機的BIOS,

2.為什么s3c2440可以從NAND FLASH啟動

? ? 椐了解 NOR FLASH 是容量小,速度快,穩定性好,適合做程式存盤器,

? ? NAND FLASH 總容量大,適合做資料存盤器是不能從NAND FLASH啟動的,NAND FLASH是的讀寫時序是不能直接有ARM硬體產生的,要讀寫NAND FLASH是要通程序式來實作的,很明顯能看出來的就是NAND FLASH只有8個資料、地址復用的資料地址介面,2410/2440可以直接從NAND FLASH啟動的,因為它把NAND前面的4K映射到了RAM的空間

2.1 Flash種類

? ? NOR FLASH地址線和資料線分開,來了地址和控制信號,資料就出來,

? ? NAND Flash地址線和資料線在一起,需要用程式來控制,才能出資料,

? ? 通俗的說,就是光給地址不行,要先命令,再給地址,才能讀到NAND的資料,而且都是在一個總線完成的,

? ? 結論是:ARM無法從NAND直接啟動,除非裝載完程式,才能使用NAND Flash.
裝載程式只能從mask rom 或者Nor flash,

? ? 三星的2410可以從NAND FLASH啟動程式,它會把第一塊的前4KB復制到內部SRAM中然后從SRAM執行,也就是說,你需要撰寫一個長度小于4K的引導程式,作用是將主程式拷貝到SDRAM中運行(NAND FLASH地址不是線性的,程式不能直接運行,必須拷貝到線性RAM中)

3.NAND啟動和NOR啟動:

? ? 需要檢測硬體啟動方式,啟動方式是由硬體OM0管腳決定的,軟體無法檢測硬體電平狀態,但可以根據CPU的啟動特性來檢測,
在這里插入圖片描述

3.1 NAND啟動:

? ? 如果配置為NAND FLASH啟動(啟動模式選擇開關拔到nand端,此時OM0管腳拉低)S3C2440的NAND控制器會自動把NAND FLASH中的前4K代碼資料搬到內部SRAM中(地址為0x40000000),同時還把這塊SRAM地址映射到了0x00000000地址,CPU從0x00000000位置開始運行程式, 【從NAND FLASH啟動CPU時,CPU會通過內部的硬體將NAND FLASH開始的4KB資料復制到稱為“Steppingstone”的4KB的內部RAM中(起始地址為0),然后跳到地址0開始執行】

3.2 NOR啟動:

? ? 如果配置為NOR FLASH啟動(啟動模式選擇開關拔到nor端,此時OM0管腳拉高),0x00000000就是NOR FLASH實際的起始地址,NOR FLASH中的程式就從這里開始運行,不涉及到資料拷貝和地址映射,

3.3 總結:

? ? NAND啟動時,地址0x00000000為內部SRAM映射的地址;

? ? NOR啟動時,地址0x00000000為NOR FLASH的實際起始地址,向NOR FLASH中寫資料需要特定的命令時序,而向記憶體中寫資料可以直接向記憶體地址賦值,

? ? 對于S3C2440處理器 M[1:0]選擇01 或 10時:norflash基地址為0x00000000 ,SRAM頂端地址0x40000FFF,上電后處理器直接從0x00000000處取出指令,arm處理器的SP(堆疊指標暫存器)指向0x40000FFF,

? ? OM[1:0]選擇00,S3C2440會啟用內部的SRAM緩沖器會將nandflash中的前4KB大小的程式自動拷貝到BootSRAM中,BootSRAM基地址0x00000000,頂端0x00000FFF,上電后,arm處理器從0x00000000取出第一條指令,arm處理器的SP(堆疊指標暫存器)指向0x00000FFF,
在這里插入圖片描述
在這里插入圖片描述

4.從Nand Flash啟動U-BOOT的基本原理

4.1 前4K問題

? ? 如果S3C2410被配置成從Nand Flash啟動(配置由硬體工程師在電路板設定), S3C2410的Nand Flash控制器有一個特殊的功能,在S3C2410上電后,Nand Flash控制器會自動的把Nand Flash上的前4K資料搬移到4K內部RAM中,并把0x00000000設定內部RAM的起始地址,CPU從內部RAM的0x00000000位置開始啟動,這個程序不需要程式干涉,程式員需要完成的作業,是把最核心的啟動程式放在Nand Flash的前4K中,

4.2 程式大于4K時怎么辦?

? ? 那么當程式大于 4k 的時候,當我們以 nand flash啟動后,前面的4Kb 被拷貝到 片內RAM中去執行(自動完成),我們在這前4K的程式中初始化SDRAM(SDRAM 使用前需要初始化) ,然后將剩下的程式拷貝到 SDRAM中(不是只有4kb 被拷貝到片內RAM中執行了嘛)然后跳轉到 SDRAM中去執行剩下的程式,

? ? 那么也就是說 通常當程式大于 4kb的 時候,我們就需要把程式拷貝到SDRAM中去運行,(程式小于4KB 那么也就可以不用拷貝了,以nand flash方式 啟動后,程式全被拷貝到 片內4kb的 RAM中去運行,)

? ? 那么,既然程式大于4kb的時候需要從nand flash中拷貝到 SDRAM中去運行,自然可以想到 燒到nand flash中的程式前面一部分代碼應該 是初始化SDRAM(程式最終需要拷貝到SDRAM中去運行)和 將NAND flash中的剩余的程式拷貝到SDRAM中去(全考過去也行,方便點),然后跳轉到SDRAM中執行,

4.2 啟動程式的安排

? ? 由于Nand Flash控制器從Nand Flash中搬移到內部RAM的代碼是有限的,所以在啟動代碼的前4K里,我們必須完成S3C2410的核心配置以及把啟動代碼(U-BOOT)剩余部分搬到RAM中運行,
? ? u-boot原始碼不支持從nand flash啟動,可是s3c2410支持從nand flash啟動,開發板(sbc-2410x)加電后s3c2410將nand flash的前4k(保存有u-boot的部分功能--拷貝功能--把nand flash中的內容拷貝到SDRAM)拷貝到sram(s3c2410芯片內的sram),這就需要修改u-boot原始碼,增加u-boot的功能: 使u-boot在得到執行權后能夠將其自身拷貝到開發板上SDRAM中,以便處理器能夠執行u-boot,

? ? Nand Flash的命令、地址、資料都通過I/O口發送,管腳復用,這樣做的好處是,可以明顯減少NAND FLASH的管腳數目,將來如果設計者想將NAND FLASH更換為更高密度、更大容量的,也不必改動電路板,

5.為什么NOR啟動要將sp設定為0x40000000+4096

在這里插入圖片描述
? ? 用NOR啟動時,片內的存盤控制器的BANK0-BANK7這8個BANK都對應了其他用途,所以設計者在BANK7結束的地址0x40000000的地方作為NOR FLASH的啟動地址,而NAND FLASH啟動的地址則是0x00000000,

? ? 因為對于啟動檔案.S來說,4K的空間是足夠存放,代碼段、BSS......和堆疊段了,因為堆疊的SP是從高地址往低地址移動的,所以要將堆疊的起始地址放在堆疊段的高地址

? ? 你也可以不用設定成4096,但要保證堆疊的長度不能和下面其他段重疊,若重疊,就會出BUG,保險值是4096(4K,見上圖),因為SRAM就是4K設計的,

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