Mini2440 存储器地址映射
Mini2440 存储器地址映射
在介绍内存工作原理之前有必要了解下存储设备的存储方式：ROM，RAM
l ROM(Read-Only Memory)：只读存储器，是一种只能读出事先所存数据的固态半导体存储器。其特性是一旦储存资料就无法再将之改变或删除。通常用在不需经常变更资料的电子或电脑系统中，资料并且不会因为电源关闭而消失。如：PC里面的BIOS。在制造ROM的时候，信息（数据或程序）就被存入并永久保存。这些信息只能读出，一般不能写入，即使机器掉电，这些数据也不会丢失。
2 RAM(Random Access Memory) ：随机访问存储器，存储单元的内容可按需随意取出或存入，且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。可以理解为，当你给定一个随机有效的访问地址，RAM会返回其存储内容(随机寻址)，它访问速度与地址的无关。这种存储器在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间内随机访问使用的程序。计算机系统里内存地址是一个四字节对齐的地址（32位机），CPU的取指，执行，存储都是通过地址进行的，因此它可以用来做内存。
电脑硬盘是磁盘,是磁记录的一种，是外置存储器， 不是ROM也不算RAM；ROM是固化系统基本程序，如电脑的BIOS；RAM是电脑的内存，平常说几个G内存就是指的RAM。
RAM按照硬件设计的不同，随机存储器又分为DRAM（Dynamic RAM)动态随机存储器和SRAM（Static RAM) 静态随机存储器。
l DRAM：它的基本原件是小电容，电容可以在两个极板上短时间内保留电荷，可以通过两极之间有无电压差代表计算机里的0和1，由于电容的物理特性，要定期的为其充电，否则数据会丢失。对电容的充电过程叫做刷新，但是制作工艺较简单，体积小，便于集成化，经常做为计算机里内存制作原件。比如：PC的内存，SDRAM, DDR, DDR2, DDR3等，缺点：由于要定期刷新存储介质，存取速度较慢。
2 SRAM：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。因此其存取速度快，但是体积较大，功耗大，成本高，常用作存储容量不高，但存取速度快的场合，比如CPU的L1 cache，L2cache(一级，二级缓存) ，寄存器。
为了满足开发的需要MINI2440在出厂时搭载了三种存储介质(外设)：
（1）NOR FLASH（2M）：ROM存储器，通常用来保存BootLoader，引导系统启动（可擦除）
（2）NAND FLASH（256M，型号不一样，Nandflash大小不一样）：保存操作系统映像文件和文件系统
（3）SDRAM（64M）：内存，执行程序
NORFLASH：它的特点是支持XIP芯片内执行（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，也就是说可以随机寻址。NOR FLASH的成本较高。
NAND FLASH：它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。其成本较低，不支持XIP。可做嵌入式里的数据存储介质。如：手机存储卡，SD卡等。
如果大家写过S3C2440的ARM裸机程序都应该知道通常SDRAM的起始地址是0X30000000，但是大家有没有想过为什么呢？下面我将给大家做一个简要的介绍。
查S3C2440的手册可知S3C2440可寻址1G的地址范围，但是S3C2440的地址线只有27根，理论上只能寻址2的27次方等于128M的地址范围。于是S3C2440通过一个叫BANK的东东解决了这个问题。S3C2440引出了8根BANK线（对应nGCS0~ nGCS7）,通过这个8根线来选通和关闭不同的存储器，这样S3C2440最多就可以连接8个128M的存储器，只要在某一时刻只选通一个BANK就可以实现1G的寻址空间每个BANK有个地址，对该BANK地址的访问实际上就是选通该BANK。
而作为32位的CPU，可以使用的地址范围理论上可以达到2的32次方等于4G，除去上述的1G地址空间，还有一部分是CPU内部寄存器的地址，剩下的地址空间没有使用。可以把4G的地址解释成三部分：一部分是外接设备的地址，一部分是内部寄存器地址，还有一部分是未定义空间。
下面我们来看到S3C2440存储器（外设）的地址空间分布图
左边的是表示CPU从NORFLASH启动时的地址空间图，右边是CPU从NANDFLASH启动时的地址空间图。
前6个内存bank可以当作ROM或者SRAM来使用，既nGCS0~nGCS5。
后2个bank除了当作ROM 或者SRAM，还可以用SDRAM(各种内存的读写方式不一样) 并且bank大小也可以改变。
8个bank的起始地址是固定的；nGCS0默认映射2M的Norflash上。而nGCS1到nGCS5挂载其它芯片或悬空，只有当程序用到该段地址时CPU才为它映射到物理地址。两片32M，16Bit位宽SDRAM内存上用于存放系统引导程序Bootloader，并联形成64M，32位内存映射到nGCS6。而nGCS7也是挂载其它芯片或悬空。由于Nandflash的数据总线与系统的数据总线不一样，所以没办法直接挂载到系统总线上。
s3c2440支持两种启动模式：NAND和非NAND（这里是nor flash）。具体采用的方式取决于OM0、OM1两个引脚
OM[1:0]所决定的启动方式
OM[1：0]=00时，处理器从NAND Flash启动
OM[1：0]=01时，处理器从16位宽度的ROM启动
OM[1：0]=10时，处理器从32位宽度的ROM启动。
OM[1：0]=11时，处理器从Test Mode启动。
系统上电后，CPU从Bank0的开始地址0x00000000开始取指运行。选择Norflash启动时，系统从Norflash上开始运行（一般是系统引导程序Bootloader）。选择Nandflash启动时由于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（而是映射）。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映射到nGCS0片选的空间（即0x00000000）。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4K中，也就是说，你需要编写一个长度小于4K的引导程序,作用是将主程序(Nandflash中存放的程序)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。从Norflash启动时，Steppingstone将被映射到0x40000000地址上，由上边的图可知。
有很多同学在移植u-boot时，都会对s3c2440从Nandflash启动的过程非常迷惑。这里发这个帖子给大家介绍一下它的启动流程。
大部分ARM9的CPU内部都集成有一个SRAM，SRAM是英文StaticRAM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“垫脚石”。
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0x00000000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)，s3c2440CPU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，有兴趣的同学可以自己看看Nandlfash的datasheet，写一个RAW的Nandflash 擦除，读写操作程序就明白了。我就写过这么一个程序，对理解Nandflash究竟是怎么操作的非常有帮助。
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0x00000000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，如果是在我们的bootloader如u-boot中就要确保，我们编译出來的前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。
4G的地址空间分配
NOR FLASH（2M）地址 0X0000_0000--0X000F_FFFF；
或者SRAM(4K) 地址 0X0000_0000--0X0000_0FFF；
0X3000_0000--0X3100_0000，作为程序代码区，文字常量区；
0X33ff_0000--0X33ff_4800,作为堆区；
0X33ff_4800--0X33ff_8000作为栈区；
0X33ff_ff00--0X3ff_ffff,作为偏移中断向量表。
（SDRAM （64M）地址分配）
0x4000 0FFF——0x4800 0000 保留
0x4800 0000——0x6000 0000 特殊功能寄存器的地址
0x6000 0000——0xFFFF FFFF 未定义
注：从NOR Flash启动时片内4KB SRAM映射在这个0x4000 0000——0x4000 0FFF地址范围，而从NAND启动时片内4KB SRAM映射在0x00000000地址，则这个地址范围是保留的。
S3C2440特殊功能寄存器的地址空间
| 外接设备 |
起始地址 |
结束地址 |
| 存储控制器 |
0x48000000 |
0x48000030 |
| USB Host控制器 |
0x49000000 |
0x49000058 |
| 中断控制器 |
0x4A000000 |
0x4A00001C |
| DMA |
0x4B000000 |
0x4B0000E0 |
| 时钟和电源管理 |
0x4C000000 |
0x4C000014 |
| LCD控制器 |
0x4D000000 |
0x4D000060 |
| NAND FLASH控制器 |
0x4E000000 |
0x4E000014 |
| 摄像头接口 |
0x4F000000 |
0x4F0000A0 |
| UART |
0x50000000 |
0x50008028 |
| 脉宽调制计时器 |
0x51000000 |
0x51000040 |
| USB设备 |
0x52000140 |
0x5200026F |
| WATCHDOG计时器 |
0x53000000 |
0x53000008 |
| IIC控制器 |
0x54000000 |
0x5400000C |
| IIS控制器 |
0x55000000 |
0x55000012 |
| I/O端口 |
0x56000000 |
0x560000B0 |
| 实时时钟RTC |
0x57000040 |
0x5700008B |
| A/D转换器 |
0x58000000 |
0x58000010 |
| SPI |
0x59000000 |
0x59000034 |
| SD接口 |
0x5A000000 |
0x5A000040 |
| AC97音频编码接口 |
0x5B000000 |
0x5B00001C |
小结:
1. 系统是不能直接从NAND直接启动的（可以从NOR直接启动），因为程序从零地址处开始运行。只能把Nand flash的前4kb的程序拷贝到“垫脚石石中，”借助“垫脚石”运行，再将Nandflash中剩下的所有程序拷贝到内存中运行。
2. 要烧进flash,地址须设置为0x30000000，这不是SDRAM的地址吗？烧写flash的过程也必须是先把data写进内存，再由内存烧写进flash，所以地址要写成内存的地址。
在LINUX内核注释中，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。
注：修正了之前的nGCS0-7默认映射地址、NandFlash挂载到系统总线上的错误，对之前看过本篇的同学深感抱歉！