norflash芯片内执行(XIP)

       为什么程序不能直接在nandflash上执行?出于这个疑惑带来了这篇博文,是我在网上找了很多资料后总结的,假如有误,希望马上指出来,免得我误人子弟。谢谢!

nandflash和norflash

        NOR Flash 和 NAND Flash是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel于1988年首先开发出NOR Flash 技术,彻底改变了原先由EPROM(Electrically Programmable Read-Only-Memory电可编程序只读存储器)和EEPROM(电可擦只读存储器Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory)一统天下的局面。紧接着,1989年,东芝公司发表了NAND Flash 结构,强调降低每比特的成本,有更高的性能,并且像磁盘一样可以通过接口轻松升级。NOR Flash 的特点是芯片内执行(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。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到它的性能。NAND的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。通常读取NOR的速度比NAND稍快一些,而NAND的写入速度比NOR快很多

      这样我们知道程序能直接在norlash执行的原因在XIP?那:什么是XIP?工作原理又是怎么样的?

XIP eXecute In Place

  eXecute In Place,即芯片内执行,指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。flash内执行是指nor flash 不需要初始化,可以直接在flash内执行代码。但往往只执行部分代码,比如初始化RAM.

:片内执行不是说程序在存储器内执行哦,CPU的基本功能就是取指、译码和执行。norflash能在芯片内执行,就是指CPU的取指模块能够直接从norflash中把指令取出来,供后面的译码和执行模块使用)

       NandFlash器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据,8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。由于时序较为复杂,所以一般CPU最好集成NAND控制器。另外由于NandFlash没有挂接在地址总线上,所以如果想用NandFlash作为系统的启动盘,就需要CPU具备特殊的功能,如s3c2440在被选择为NandFlash启动方式时会在上电时自动读取NandFlash的4k数据到地址0的SRAM中。如果CPU不具备这种特殊功能,用户不能直接运行NandFlash上的代码,那可以采取其他方式,比如好多使用NandFlash的开发板除了使用NandFlash以外,还用上了一块小的NorFlash来运行启动代码。

         但norflash就不用了,因为它是片内执行的,区别如图:

norflash芯片内执行(XIP)_第1张图片


接着说为什么norflash可以实现XIP,而nandflash就不可以???

解释一:嵌入式系统中代码的执行方式主要有3种:

  ① 完全映射(fully shadowed)。嵌入式系统程序运行时,将所有的代码从非易失存储器(Flash、ROM等)复制到RAM中运行。

  ② 按需分页(demand paging)。只复制部分代码到RAM中。这种方法对RAM中的页进行导入/导出管理,如果访问位于虚存中但不在物理RAM中会产生页错误,这时才将代码和数据映射到RAM中。

  ③ eXecute In Place (XIP)。在系统启动时,不将代码复制到RAM,而是直接在非易失性存储位置执行。RAM中只存放需要不断变化的数据部分,如图1所示。

         如果非易失性存储器的读取速度与RAM相近,则XIP可以节省复制和解压的时间。NOR Flash和ROM的读取速度比较快(约100 ns),适合XIP;而NAND Flash的读操作是基于扇区的,速度相对很慢(μs级),因此不宜实现XIP系统。而NAND闪存写入速度比NOR快,更适合SND(存储和下载)系统。

norflash芯片内执行(XIP)_第2张图片

解释二:两种芯片的结构不同

      NOR flash之所以可以片内执行,就是因为他符合CPU去指令译码执行的要求。CPU送一个地址出来,NORflash就能给一个数据让CPU执行,中间不需要额外的处理操作。
NAND flash不一样是因为nand flash有地址,数据,命令共用IO口的问题,cpu把地址发出来之后,并不能直接得到数据,还需要控制线的操作才能完成。就是他没有专用的SRAM接口。

解释三:芯片内执行主要是是看芯片可不可以线性存储代码(假如硬件支持芯片接口),只要能保证芯片的存储空间是线性的(也就是无坏块),都可以片上执行

       在读取Flash时候,容易出现“位翻转(bitconvert)。在Flash的位翻转(一个bit位发生翻转)现象上,NAND的出现几率要比NorFlash大得多。这个问题在Flash存储关键文件时是致命的,所以在使用NandFlash时建议同时使用EDC/ECC等校验算法。 ”

       但是,如果能保证不出错,也还是可以进行XIP,可以在其上执行代码的:所谓XIP,就是CODE是在FLASH上直接运行. NANDFLASH只是不适合做XIP,但并不是不能做XIP。要一段CODE能够正确的运行,要保证它的CODE是连续的,正确的.由于一些电气特性的原因,NOR FLASH能够做到这一点,不存在坏道或坏块,所以能够做XIP.
而对于NAND FLASH, 它只保证它的BLOCK 0是好的,其他的块并不保证,虽然出错的几率比较低,但还是有出错的可能,所以CODE可能无法连续正确地执行
.但只要你有额外的保障措施,比如说在执行CODE之前去做一次ECC校验,来确保CODE是连续正确的.那你也可以做XIP. 有人这么做了,而且也证明是成功的.

 

个人认为解释三是主要原因,其他的是次要原因。


转载自:暴风lay的ChinaUnix博客


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