Arm的启动方式:NorFlash启动和NandFlash启动(转载 http://www.aiuxian.com/article/p-2796357.html)

arm启动方式有从norfalsh启动、nandflash启动、SD卡启动和UBS启动等,但是他们的启动原理都是大同小异的。

开始之前,先理清几个概念:

SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory):同步动态随机存取存储器,同步是指Memory工作需要步时钟,内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准;动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失;随机是指数据不是线性依次存储,而是由指定地址进行数据读写,简单的说,它就是cpu使用的外部内存,即我们常说的内存条。

SRAM是英文Static RAM的缩写,它是一种具有静止存取功能的内存,不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据,速度比SDRAM快,一般用作高速缓冲存储器(Cache)。

norflash:非易失闪存,是一种外部存储介质,芯片内执行(XIP,eXecute In Place),这样应用程序可以直接在flash闪存内运行,不必再把代码读到系统RAM中,由于它有地址总线,cpu可以直接从norflash中取指,直接从FLASH中运行程序,但是工艺复杂,价格比较贵,容量较小(1~4M),NOR的传输效率很高

nandflash:它也是非易失闪存(掉电不丢失)的一种,但是它虽然有数据总线,但是没有地址总线,所以cpu不能直接从男的法拉盛中取指运行,由于它价格便宜,所以常常用来存储大量数据,和我们常说的硬盘类似。

一、 Nandflash启动

首先必须把一个正确的bootloader烧写到nandflash的最低位置,即从0x000000开始烧写。当我们选择从nandflash启动开发板的时候,开发板就会启动连接nandflash的电路结构,开发板一上电的时候,Nand Flash控制器会自动的把Nand Flash上的前4K数据搬移到CPU的内部RAM中(SRAM),这个内部RAM我们通常称作stepping stone,同时把这段片内SRAM映射到nGCS0片选的空间(即0x00000000),CPU从内部RAM的0x00000000位置开始启动,这个过程是不需要程序干涉的。

这个过程就是启动过程的stage1,它将nandflash的前4看内容拷贝到stepping stone中,然后从stepping stone的第一条指令开始执行,这4k内容里面的指令将会完成以下几个动作:

1.硬件设备初始化

2. 加载U-Boot第二阶段代码到SDRAM空间

3. 设置好栈

4. 跳转到第二阶段代码入口

1.刚开始bank0~bank5是只能映射SROM的,而bank6和bank7才能够接SDRM,而且每个bank最大接128M的SDRM,所以决定了S3C2440的最大可外接SDRAM是256M;

2.从图中我们可以看到bank6的起始地址是0x3000_0000, 所以我们在执行stage1的第二个动作(加载U-Boot第二阶段代码到SDRAM空间)时,需要将uboot代码放到0x3000_000~0x4000_0000区间内(SDRAM内),才能从SDRAM中正常执行stage2;

3.当没有选择从nandflash启动时,Boot internal SRAM(4k)的起始地址是0x4000_0000, 当选择从nandflash启动时,Boot internal SRAM(4k)的起始地址是0x00, 因为我们的开发板没有外接SROM,所以bank1~bank5都是空闲的,而bank0的位置将被Boot internal SRAM(4k)替代,也就是说bank0的前4k就是stepping stone(起步石),板子上电以后,在nandflash的启动模式下,S3C2440在硬件上会完成下图中的地址映射,并自动将nandflash中的前4k拷贝到stepping stone中,并从stepping stone的开始地址(0x00)获取到第一条指令并执行。

前面说了nandflash启动过程中第一个代码搬移,下面将解析第二个代码搬移,这4k代码首先会设置cpu运行模式,关看门狗,设置时钟,关中断,初始化内存,初始化nandflash,设置堆栈,然后将整个bootload搬运到SDRAM中,并跳转到SDRAM中执行。

二、norflash启动

其实理解了nandflash的启动方式,norflash的启动也就好理解多了,首先需要知道的是norflash是可以在片上执行代码(XIP)的,也就是说,我们只需要将bootload烧写到norflash的开始地址,当开发板上电以后,从内存映射图可以知道,nor flash会被映射到0x00000000地址(就是nGCS0,这里就不需要片内SRAM来辅助了,所以片内SRAM的起始地址还是0x40000000,不会改变),然后cpu从0x00000000开始执行(也就是在Norfalsh中执行)整个uboot,直到引导内核启动。

从norflash启动可以省事多了,不仅如此,我们自己编写的裸机程序需要调试,一般也是直接烧写到norflash中进行的,因为只要我们将编译好的可执行文件放到norflash的开始,开发板上电以后就会从norflash的第一条指令开始取指执行,我们后面写裸机程序的调试就是用这种方式进行的。

从norflash启动虽然从开发的角度会很方便(其实也方便不了多少),但是从产品的角度却增加了它的成本,毕竟norflash还是相对较贵的,我们明明只要一块nandflash就足够启动整个开发板了,就没必要在产品中添加一块norflash了,只要代码改改就能省下不少成本,何乐不为。而且nandflash对产品是必不可少的,因为后面还要存放内核和文件系统,起码需要几十兆的空间,用norflash来存储也不现实。

也许你会想,能不能只用norflash,不用nandflash和SDRAM行不行呢,毕竟norflash即可以存储,也可以运行程序的啊,从理论来说是可以的,但是了解一下他们的市场价格、运行速度和工作原理,应该就会知道答案了。

注释:stepping stone是三星MCU的一种启动方式,s3c2440的MMU有一种“steppingstone”.技术,是协助MCU从无法执行程序的NAND FLASH执行启动程序的一种方法。

1、系统上电后,首先自动判断是否是autoboot模式,如果使用 s3c2410是带有nandflash的,并且被设置成autoboot,从nandflash开始启动.

2、在判断是autoboot模式后,mcu内置的nandflash控制器自动将nandflash的最前面的4k区域(这4k区域存放着 bootloader的最前面4k代码)拷贝到samsung所谓的"steppingstone"里面(steppingstone是在S3C2440 中,实际上是一块4k大小的SRAM,).

3、在拷贝完前4k代码后,nandflash控制器自动将"steppingstone"映射到arm地址空间0x00000000开始的前4k区域.

4、在映射过程完成后.nandflash控制器将pc指针直接指向arm地址空间的0x00000000位置,准备开始执行"steppingstone"上的代码.

5、而"steppingstone"上从nandflash拷贝过来的4k代码,是程序员写的bootloader的前4k代码.这个 bootloader在之前写好,并已经被烧写到nandflash的0x00000000开始的最前面区域..而这"steppingstone"上的 4k代码就是bootloader的前4k代码.

6、在pc指向arm地址空间的0x00000000后,系统就开始执行指令代码.这4k代码的任务是:初始化硬件,设置中断向量表,设置堆栈,然后一个很重要的任务是,将nandflash的最前面区域的bootloader(包含4k启动代码)拷贝到SDRAM中去,bootloader代码的大小是写好bootloader就确定的.然后只需要确定bootloader想映射到SDRAM的起始位置就ok.

7、在完成对nandflash上的bootloader搬移后,找到4k代码的搬移代码最后一个指令的下一个指令在SDRAM的bootloader的地址,然后跳转到该位置,继续执行bootloader的剩余代码(引导系统).

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