嵌入式系統(tǒng)講義4-存儲系統(tǒng)即啟動分析

2023/2/214.1存儲系統(tǒng)概述4.1.1半導體存儲器4.1.2存儲器的性能指標4.1.3常用的幾種存儲器2023/2/224.1.1半導體存儲器作用存放程序與數據嵌入式系統(tǒng)存儲器的特殊要求集成度高、體積小、功耗低發(fā)展趨勢片上集成Why？——性能、可靠性、成本片內存儲器VS片外存儲器片內：速度快、容量小片外：容量大、速度慢2023/2/234.1.2存儲器的性能指標性能指標只讀性揮發(fā)性:掉電丟失與否有關存儲容量速度功耗可靠性2023/2/244.1.3常用的幾種存儲器SRAM（靜態(tài)隨機存儲器）存儲密度小6管結構，占用較大芯片面積價格較高功耗較高容量較小存取速度快接口時序簡單2023/2/254.1.3常用的幾種存儲器（續(xù)）DRAM（動態(tài)隨機存儲器）存儲密度大單管結構單位存儲成本較低功耗較低容量較大接口時序復雜需要刷新電路2023/2/264.1.3常用的幾種存儲器（續(xù)）EEPROM非揮發(fā)存儲密度小單位存儲成本較高容量小寫入有限制，頁寫要等待接口時序簡單，一般采用串行接口小量參數存儲2023/2/274.1.3常用的幾種存儲器（續(xù)）Flash（閃存存儲器）非揮發(fā)存儲密度大單位存儲成本較低容量大接口時序復雜——需要擦除及Block寫NORFlash&NANDFlash2023/2/284.1.3常用的幾種存儲器（續(xù)）FRAM（鐵電存儲器）非揮發(fā)功耗低讀寫速度快接口時序簡單類似SRAM接口成本高2023/2/294.1.3常用的幾種存儲器（續(xù)）并行接口存儲器引腳數目多——三大總線地址、控制總線數據總線（8/16/32位）存儲容量大適用于大容量存儲場合存取速度快接口時序復雜，編程透明2023/2/2104.1.3常用的幾種存儲器（續(xù)）串行接口存儲器引腳數目極少存儲容量較小適用于較小存儲容量場合存取速度較慢使用串行接口通信，接口標準化，編程不透明I2C、SPI可以用軟件通過GPIO模擬2023/2/2114.2存儲設備組織4.2.1存儲器的結構4.2.2嵌入式系統(tǒng)存儲器子系統(tǒng)4.2.3S5pv210的存儲分配2023/2/2124.2.1存儲器的結構2023/2/2134.2.2嵌入式系統(tǒng)存儲器子系統(tǒng)與通用計算機并無本質區(qū)別，但有自身特點存儲密度要求功耗要求片內集成存儲器——徹底拋棄片外存儲器一般焊接在板子上，較少采用內存條存儲空間分配嵌入式系統(tǒng)一般具有多種類型存儲器支持多種存儲器擴展接口靈活、可配置S5PV210框圖2023/2/214S5PV210來說，采用ContextA8架構，具有32KB的一級緩存（Cache）和512K的二級緩存。S5PV210有一個96K的iRam和一個64K的iRom。iRom是拿來存放ContextA8的啟動BL0的，在出廠的時候由生產商固化在里面，iRam是ContextA8的內部RAM，這個才是真正意義上的內存，BL0會把BL1拷貝到iRam中運行。S5PV210支持存儲接口包括SRAM/ROM,OneNAND,SLC/MLCNAND,LPDDR1/LPDDR2/DDR2。4.2.3S5pv210的存儲分配2023/2/2164.3Flash接口1概述2

Flash的操作3

Flash存儲器芯片4

Flash存儲器的應用5

Flash驅動程序2023/2/2171概述主要目標是替代EEPROM存儲容量大讀取速度快成本低保護機制不足之處必須先擦除后寫入擦寫速度較慢必須以Block方式寫入2023/2/2181概述（續(xù)）NORFlash——英特爾所發(fā)展的架構隨機讀取任意單元的內容，讀取速度較快，寫入和擦除速度較低，可在單位塊上直接進行數據的讀寫應用程序可以直接在Flash內運行常用于BIOS存儲器和微控制器的內部程序存儲器等NANDFlash——東芝所發(fā)展的架構讀取速度較NORFlash慢，寫入和擦除速度要比NORFlash快很多在相同密度下，成本較NOR型低適用于大容量存儲裝置（SSD、U盤）OneNANDOneNand是針對消費類電子和下一代移動手機市場而設計的，一種高可靠性嵌入式存儲設備。由Samsung開發(fā)，支持更快速數據吞吐和更高的密度，這兩點是滿足高分辨率攝影、視頻和其他媒體應用的兩個主要要求。OneNAND可看作NOR和NAND技術的一種混合。從本質上來講，一個單獨的OneNAND芯片集成了一個NOR閃存接口，NAND閃存控制器邏輯、一個NAND閃存陣列，以及高達5KB的緩沖RAM。至于速度，它能以高達108MB/s的持續(xù)讀數據率傳輸。OneNand既實現NORFlash的高速讀取速度，又保留了NandFlash的大容量數據存儲的優(yōu)點。2023/2/219OneNANDOneNAND器件有兩種類型：muxed和demuxed。對于muxed型，地址引腳和數據引腳結合在一起，而demuxed型芯片這兩個引腳是分開的。OneNAND的芯片組的主要目標是3G電話。除多媒體手機設計外，OneNAND是混合硬盤用非易失性緩沖器一個有價值的選擇。NOR閃存適合代碼存儲，就是說，固件、器件應用等，而NAND閃存處理存儲量大的類似于硬盤驅動的例行工作。OneNAND閃存兩個優(yōu)點都具備，它能勝任代碼和海量數據存儲，同時效率更高。2023/2/220OneNandNandNor

三種Flash的區(qū)別應用需求NANDOneNANDNOR快速隨機讀取

√快速順序讀取√√√快速

寫/編程√√

同時擦除多個塊

√

(最大64個塊)√擦除的掛起/恢復

√√寫回√(錯誤檢測)√

(錯誤檢測與糾正)

鎖/解鎖/緊鎖

√√錯誤糾正外部

(硬件/軟件)內置不需要擴展性√√

2023/2/221OneNandNandNor

三種Flash的區(qū)別：2023/2/2222

Flash的操作Flash的操作有三種讀操作簡單，與SRAM接口一樣擦除操作整片擦除、Block擦除（專用時序）寫操作也叫編程，Block寫（專用時序）Flash的擦除、寫等操作，多以命令的方式完成2023/2/2233

Flash存儲器芯片AMD的AM29LV320DB芯片NORFlash2MX1690ns（讀操作）SectorWrite/protection軟件數據保護2023/2/2244

Flash存儲器的應用采用類似SRAM的連接方式可以和SRAM合用一個存儲器端口對Flash的編程需要專用接口GPIO2023/2/2255

Flash驅動程序編程程序不同的Flash芯片，其編程方式、命令均有不同采用軟件驅動來完成Flash編程驅動需根據具體芯片的操作來書寫注意錯誤、意外情況處理Bootloader啟動流程分析從操作系統(tǒng)的角度看，Bootloader的總目標就是正確地調用內核來執(zhí)行。另外，由于Bootloader的實現依賴于CPU的體系結構，因此大多數Bootloader都分為stage1和stage2兩大部分，以使Bootloader的功能更加強大和提供更加良好的移植性能。2023/2/226Bootloader啟動流程分析stage1主要是一些依賴于CPU體系結構的代碼，比如硬件設備初始化代碼等。這一階段的代碼主要是通過匯編來實現的，以達到短小精悍和高效的目的。stage1為位置無關代碼，通常在Flash中運行。所以有的指令為相對尋址，可以在任何位置運行。2023/2/227stage1負責的主要任務有：①硬件設備初始化包括：關閉Watchdog、關閉中斷、設置CPU的速度和時鐘頻率、配置SDRAM存儲控制器及IO、關閉處理器內部指令/數據Cache等；②為加載Bootloader的stage2代碼準備RAM空間（這個地址由鏈接腳本指定為運行域地址，通常為RAM的高端地址）測試內存空間是否有效；③復制Bootloader的stage2代碼到RAM空間中；④設置好堆棧；⑤跳轉到stage2的C函數入口點2023/2/228stage2則是通常用C語言來實現，這樣可以實現更復雜的功能，而且代碼會具有更好的可讀性和可移植性。stage2負責的主要任務有：①初始化本階段要使到的硬件設備（如串口、Flash和網卡等）；②檢測系統(tǒng)內存映射；③沒有用戶干預時將內核映像從Flash讀到RAM空間中；④為內核設置啟動參數；⑤調用內核。2023/2/229S5PV210含有一個大小為64KB的IROM，起始地址為0xD0000000，結束地址為0xD000FFFF；含有一個大小為96KB的IRAM，起始地址為0xD0020000，結束地址為0xD0037FFF;內存起始地址為0x20000000，有二個內存塊，DRAM0和DRAM1大小分別為512MB、1024MBS5PV210啟動流程分析S5PV210啟動過程主要可分為3個階段。①S5PV210上電復位后將從IROM處執(zhí)行已固化的啟動代碼-------BL0②在BL0里初始化過程中對啟動設備進行判斷，并從啟動設備拷貝BL1（最大16KB）到IRAM處，即0xD0020000開始的地址，其中0xD0020000~0xD0020010的16字節(jié)為BL1的校驗信息和BL1尺寸，并對BL1進行校驗，校驗通過轉入BL1進行執(zhí)行，BL1繼續(xù)初始化，并拷貝BL2（最大80KB）到IRAM中并對其校驗，通過后轉入BL2③BL2完成一些比較復雜的初始化，包括DRAM的初始化，完成后將OS代碼拷貝到DRAM中，并跳到OS中執(zhí)行并完成啟動引導。BL0固化代碼主要完成以下初始化：①關閉看門狗；②初始化icache；③初始化棧；④初始化堆；⑤初始化塊設備拷貝功能；⑥設置系統(tǒng)時鐘；⑦拷貝BL1到iRAM；⑧檢查BL1的校驗和，如果失敗則第二啟動模式（安全啟動模式），校驗成功則跳到0xD0020000（IRAM）處執(zhí)行。其中0xD0020000~0xD0020010里的16字節(jié)頭部信息用戶是不能隨便設置的！??！在從啟動設備（如：NANDFLASH/SD卡）拷貝BL1的前16K數據到IRAM時，這16K數據中的前16byte中保存了校驗和的值以及BL1的大小，在拷貝過程中CPU會計算出當前bin文件中的校驗和，然后與保存的校驗和進行比較，如果二者相等則繼續(xù)運行程序，否則，不執(zhí)行。S5PV210啟動模式設置S5PV210啟動模式設置UARTbootmode210iROM支持URT下載模式。不管選擇什么啟動設備，通過發(fā)送符號位到DNW，UART下載模式總是被檢查。對于UART下載模式沒有選擇信號，因此，為了避免UART超時出錯，在開發(fā)板上電之前，用戶必須先設置DNW軟件。也就是在iROM運行時，BL1代碼已經選擇并且下載過程已經開始USBbootmode210iRO