S3c2451开发板的启动过程详解

开发板 启动过程

1、概念基础

SRAM,STATIC RANDOM ACCESS MEMORY  就是静态随即存储器
SROM static read only memory 静态只读存储器
ROM ,只读存储器
RAM,随即存储器
DRAM，英文全称Dynamic Random Access Memory，即动态随机存取存储器
SDRAM,同步动态随机存储器 同步就是需要同步时钟
NOR Flash 和 NAND Flash 是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。

 

注：开发板 SRAM          64KB

(手册p34) (64KB for internal SRAM Buffer(8KB internal buffer for booting))

   SDRAM         256MB

   NANDFLASH     256MB

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。这样他不需要初始化就能够直接使用。这与我们在外部扩展的大容量的SDRAM是不一样的，外部大容量的SDRAM是需要初始化后才能使用的，这点大家务必要搞清楚。这点在我做过移植的处理器：s3c2410(arm920t),s3c2440(arm920t),at91rm9200(arm920t),at91sam9260(arm926t)上都是这样的。在s3c2440这颗CPU上这个SRAM大小为4KB,datasheet里把它叫做Stepping Stone,江湖人称“起步石”。

 

1.1 NOR FLASH与NAND Flash 区别

1)接口区别：
NOR FLASH地址线和数据线分开，来了地址和控制信号，数据就出来。
NAND Flash地址线和数据线在一起，需要用程序来控制，才能出数据。
通俗的说，就是光给地址不行，要先命令，再给地址，才能读到NAND的数据。而且都是在一个总线完成的。
结论是：ARM无法从NAND直接启动。除非装载完程序，才能使用NAND Flash.

 

2)性能区别

NOR的传输效率很高，在1～4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。 NAND结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于flash的管理和需要特殊的系统接口。
● NOR的读速度比NAND稍快一些。
● NAND的写入速度比NOR快很多。
● NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。
● 大多数写入操作需要先进行擦除操作。
● NAND的擦除单元更小，相应的擦除电路更少。

 

Nandflash和Norflash是不同的：Norflash像内存一样是直接挂在系统总线上的，这样有足够多的地址线使得CPU能够寻址到每一个存储单元上去，这也意味着CPU能够直接通过总线访问Norflash上存储的内容，同时他还支持XIP(即片上执行，不用将代码搬到内存中，直接在Norflash上就能运行)。 而Nandflash它并不是直接挂载系统总线上，而是通过Nandflash控制器(这个一般集成在CPU内部)来完成读写操作的。如果我们把Norflash的那种寻址方式叫直接寻址的话(不是汇编里的那个直接寻址，这里指CPU能够直接通过地址线访问存储器的存储单元)，那么这里的Nandflash就是间接寻址(这里需要Nandflash控制器来寻址)。所以我们在使用Nandflash之前，一定要初始化Nandflash控制器。

 

理解上面的这点后，就不难理解，为什么系统能够从Norflash直接启动，而不能直接从Nandflash启动。

这是因为，ARM在CPU复位时，CPU默认会到0x0000 0000地址处去取指令，而如果我们是从Norflash启动的话(一般Norflash会挂到Bank0,nGCS0上)，s3c2440 CPU就会把Norflash的空间挂接到0x0000 0000这段内存空间上。这时CPU就能够直接从Norflash上取指令运行，启动了。而如果是Nandflash， 因为Nandflash他不能直接挂到系统总线上，并且他的读写，擦除操作必须依赖Nandflash控制器，这也就意味着Nandflash的存储空间永远不能映射到0x0000 0000这个地址上去。

1.2 能够运行程序的存储器

1）IROM（NOR FLASH）(0x0000 0000)

2）SRAM             (0x3000 0000)

3）SDRAM            (0x4000 0000)

 

1、开发板上一般都用SDRAM做内存，flash（nor、nand）来当做ROM。其中nand flash没有地址线，一次至少要读一页(512B).其他两个有地址线

2、nandflash不用来运行代码，只用来存储代码，NORflash，SDRAM可以直接运行代码.

 

2、启动介质

讲到启动系统，那么需要哪些存储介质才行呢？首先得有启动介质，也就是掉电后代码不会丢失并且上电后就能运行（不需要初始化，否则怎么运行呢），我们知道内存是不行的，内存掉电后数据就清空了。norflash就能掉电后数据不丢失，并且可以总线式访问（挂在总线上就可以使用，不需要初始化）。所以norflash可以作为启动介质，但这家伙一般比较小，因为贵嘛，所以代码一般运行在内存，容量大，便宜。现在一般开发板内容都用DDR2. 理论上 有NORFLASH和DDR2就可以了，但三星还另外加了一块SRAM。为什么要加SRAM呢？因为NORFLASH只能读，不能写，那么就不能进行数据交换，而DDR2此时还不能用，那么只能用SRAM来保存全局数据和设置栈空间。所以210的存储结构为IROM(类似于NORFLASH+SRAM+DDR2的结构)。

注：IROM与NORFLASH功能作用相似，但结构不同，我们开发板不用NORFLASH，都用IROM。

3、NORFLASH启动过程

 

 

刚上电时，首先执行iROM内的固化程序（不能人工改变），按照IROM内的命令，cpu会自动从NAND flash中读取前8KB的数据放置在片内SRAM里（0x4000 0000），同时把这段片内SRAM映射到nGCS0片选的空间（即0x00000000）。cpu是从0x00000000开始执行，也就是NAND flash里的前8KB内容。因为NAND FLASH连地址线都没有，不能直接把NAND映射到0x00000000，只好使用片内SRAM做一个载体。通过这个载体把nandflash中大代码复制到RAM(一般是SDRAM)中去执行。

注：上电时移植的8K就是superboot的8K，主要作用将主程序拷贝到RAM (一般是SDRAM)中运行，同时还有初始化内存（SDRAM），关闭看门狗，初始化时钟等作用。

 

 

通过下载器，可以看出我们是直接下载到SDRAM（0x3000 0000）中，当然我们前面讲过SDRAM必须要先初始化，才能应用，其实就是给SDRAM分配（0x3000 0000）地址。这些初始化操作是在移植的8K中完成的。因此我们可以直接运行SDRAM的我们自己写的程序。

 

从下载器中，可以看出我们也是可以选择下载到NAND FLASH中，那时便需要再将NAND FLASH复制到SDRAM中。

如果执行的代码<8KB,程序直接在SRAM中运行。

如果执行的代码>8KB,要把代码完整的搬到SDRAM中运行。

 

注意：我们会发现，刚开始点亮led灯时，我们没有写时钟程序，为什么灯还是能点亮，这是因为在移植8K到SRAM时，就打开时钟了，我们自己编写的时钟程序，只是覆盖了superboot的时钟程序。