《micro2440开发》第一章：S3C2440A地址空间

  首先，说明如下：

ARM按字节寻址，即对存储的最小访问单元是字节；存储单元按字节对齐。

地址空间从高到底分为两部分：主存储区（包括静态存储区（存放img）和动态存储区（就是我们通常说的运行代码的内存））和外设寄存器区。

而主存储区又会分为很多bank，目的是为了让更少的地址总线寻址更多的地址（128MB*8 = 1GB）即片选+地址总线模式。

研究启动过程关心的是主存储区的静态存储区；还有ARM核0x0000 0000处的映射（可能是主存储区的静态存储区（一般是bank0处的nor flash），也可能是核内SRAM（4KB）（nand flash启动时就是这种）；由OM[4:0]设置）。

开发外设驱动，我们关心外设寄存器区的地址空间。下面的讲解也都是基于以上分析。

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  一、整体图如下：其中白色部分为ARM核内部的寄存器（访问他们，只能使用汇编语言。ARM核=ALU + CU + R + 内部总线）；他们通过ALU总线、PC总线、A总线、B总线、增量器总线等与运算器和控制器连接在一起。该部分没有被编入我们通常所说的地址空间、即32位地址之中；通过逻辑电路直接给出操作地址。

    其他为ARM核外空间、他们都挂在AMBA总线上，总共32位(而ARM对存储的访问是按字节的，即地址每挪动一位、传送1字节数据)、即4GB。其中绿色部分为所接外部存储器地址空间（不包括NAND Flash）、0x0000 0000～0x 4000 0000、是由27根地址总线(128M寻址)和8个片选位(BANK)组成。黄色部分是外设寄存器地址空间、即0x4000 0000～0xFFFF FFFF，这部分也是我们编写BSP、外设驱动时所需要经常使用的地址；红色部分是外设。

    

    二、S3C2440A的ARM核内有31个通用寄存器和6个程序状态寄存器，如白色部分（该部分没有被编入我们通常所说的地址空间、即32位地址之中；通过逻辑电路直接给出操作地址）。

     

      这些寄存器只有通过汇编语言才可以访问；访问时，直接使用他们的名字即可。

    三、S3C2440A的ARM核外空间地址分配，即32位地址空间（0x0000 0000～0xFFFF FFFF）的所有地址分析

      S3C2440A是32位的（地址总线），2的32次方得知该CPU的地址空间为4GB（ARM按字节寻址），即该CPU可访问4GB大小的范围。

      1.上图绿色部分为外部存储器地址空间，0x0000 0000~0x4000 0000、大小为1GB、是由27根地址总线(128MB寻址)和8个片选位(BANK)组成；包括SROM(NOR Flash)、SDRAM(静态内存)和SRAM（4KB内存），不包括NAND Flash。存在于S3C2440A外部，用于存放数据和程序用的，S3C2440A可通过地址线和数据线从中读取数据。

      S3C2440A外部存储设备的访问地址：

      2.最上图黄色部分为功能部件寄存器（也叫特殊功能寄存器），0x4000 0000～0xFFFF FFFF、大小3GB；包括存储器控制寄存器、NAND Flash控制器(挂NAND Flash)、中断控制器、IIS控制器、AC97音频编解码接口、IIC控制器、NAND Flash控制器、LCD控制器等等。存在于S3C2440A内部，即在这些寄存器上写入一些数据，则可控制相应功能部件的行为。这部分也是我们编写BSP、外设驱动时所需要经常使用的地址。 

    S3C2440A内部各功能部件的寄存器（也叫特殊功能寄存器）地址：（这部分也是我们编写BSP、外设驱动时所需要经常使用的地址）

      

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    四、系统从NOR Flash的启动过程比较简单；下面重点从NAND Flash的启析来分析整个过程，涉及S3C2440A外部存储设备的地址（即0x0000 0000～0x4000 0000这1G空间）分配问题：

如下图两种模式是通过硬件拉高拉低电平设置OM[4:0]位决定的！

    

1. 系统是不能从NAND直接启动的（可以从NOR直接启动），必须把程序读入内存才能运行。把boot loader程序放在NAND Flash的前4kb空间，2440启动后会自动把前4kb的boot程序读入内存SRAM、并通过OM[4:0]把该段SRAM映射进nGDS0（注意这个和BANK片选的区别！）运行，这个过程是自动完成的。

2. 要通过J-Flash ARM烧录NAND Flash,地址须设置为0x3200 0000，这不是SDRAM的地址吗？烧写NAND Flash的过程也必须是先把data写进内存，再由内存烧写进NAND Flash，所以地址要写成内存的地址。

    Linux内存分为内核区（内核专用）；高速缓存区（为磁盘或软盘交换数据准备的）；用户申请区（这才是我们常说的内存）。而硬盘的读写必须经过内存的高速缓存区才能传输。

    由于 NAND FLASH是接在NAND FLASH控制器上而不是系统总线上，所以没有在S3C2440A的8个BANK中分配地址空间。 如果S3C2440被配置成从Nand Flash启动,在S3C2440上电后,Nand Flash控制器的会自动的把Nand Flash上的前4K数据搬移到内部SRAM中,也就是所谓的”Steppingstone”, 同时把这段片内SRAM映射（OM[4:0]设置，注意跟片选bank没有任何关系！）到nGCS0（即0x0000 0000）。系统会从这个内部SRAM中启动，程序员需要完成的工作,就是把最核心的启动程序放在Nand Flash的前4KB中，也就是说，你需要编写一个长度小于4KB的引导程序,作用是将主程序拷贝到RAM (一般是SDRAM)中运行。而在Nand Flash方式启动的情况下，系统是”看不到”Nor Flash的，因为Nor Flash也是挂在nGCS0上的，而nGCS0的地址空间已经被占用了。

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    移植u-boot时，s3c2440从Nandflash启动的过程:

    大部分ARM9的CPU内部都集成有一个SRAM，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。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”。

     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。另外，Nandflash的读写操作也不是这样直接寻址的(可以自己看看Nandlfash的datasheet)，写一个RAW的Nandflash 擦除，读写操作程序就明白了。

    而如果这些CPU要从Nandflash上启动，那该怎么办呢？这就要用到我之前提到的CPU的内部SRAM了。

    在S3C2440的datasheet里有提到，如果我们配置从Nandflash启动的话，那么CPU会自动将内部SRAM的地址映射到0x0000 0000这个地址空间上了，而如果不是从Nandflash启动，那么挂载Bank0(nGCS0)上的设备就会被映射到0x0000 0000地址空间上，如我们之前提到的Norflash。

    简而言之就是：如果从Nandflash启动，那么CPU内部SRAM被映射到0x0000 0000地址空间上，这时Norflash就不可用了。而如果是从Norflash启动的话，那么Norflash被映射到0x0000 0000地址空间上。我们之前提到ARM CPU在复位时，会默认到0x0000 0000地址上取指令。这样也就是如果从Nandflash启动的话，那么CPU默认会从内部SRAM中取第一条指令；而如果从Norflash启动的话，那么CPU默认从Norflash中取第一条指令。

    那如果从SRAM启动的话，那么SRAM中的指令(也就是代码)从哪里来的呢？在s3c2440处理器(arm920t和arm926t的核应该都是这样的，另外我看S3C6410也是如此)上电时，CPU会自动将Nandflash的前4K代码(或叫指令)拷贝到内部SRAM中，这是由CPU自动完成的，不需要我们干预。这也就意味着，SRAM中的内容就是我们Nandflash上前4K的代码了。

这样，如果是从NAND Flash启动、在我们的bootloader如u-boot中就要确保编译出來的前4K代码完成以下功能：

1， 初始化CPU，外部SDRAM，Nandflash控制器等基本功能；

2， 将Nandflash上剩余的u-boot代码拷贝到外部的SDRAM中；

3， 调到外部的SDRAM中来运行u-boot代码。

这样，U-boot就启动了。