关于从NAND Flash启动的问题

 

椐了解 NOR FLASH 是容量小，速度快，稳定性好，适合做程序存储器。NAND FLASH 总容量大，适合做数据存储器是不能从NAND FLASH启动的，NAND FLASH是的读写时序是不能直接有ARM硬件产生的，要读写NAND FLASH是要通过程序来实现的，很明显能看出来的就是NAND FLASH只有8个数据、地址复用的数据地址接口，2410/2440可以直接从NAND FLASH启动的，因为它把NAND前面的4K映射到了RAM的空间

首先应该先了解Flash ROM的种类

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.

装载程序只能从mask rom 或者Nor flash.

 

三星的2410可以从NF启动程序,它会把第一块的前4KB复制到内部SRAM中然后从 SRAM执行,也就是说,你需要编写一个长度小于4K的引导程序,作用是将主程序拷贝到SDRAM中运行(NF地址不是线性的,程序不能直接运行,必须拷 贝到线性RAM中)

从Nand Flash启动U-BOOT的基本原理
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前4K的问题
    如果S3C2410被配置成从Nand Flash启动(配置由硬件工程师在电路板设置 ), S3C2410的Nand Flash控制器有一个特殊的功能,在S3C2410上电后,Nand Flash控制器会自动的把Nand Flash上的前4K数据搬移到4K内部RAM中 ,并把0x00000000设置内部RAM的起始地址,CPU从内部RAM的0x00000000位置开始启动。这个过程不需要程序干涉。
    程序员需要完成的工作,是把最核心的启动程序放在Nand Flash的前4K中。
启动程序的安排
    由于Nand Flash控制器从Nand Flash中搬移到内部RAM的代码是有限的,所以在启动代码的前4K里,我们必须完成S3C2410的核心配置以及把启动代码(U-BOOT)剩余部分 搬到RAM中运行。


    u-boot源码不支持从nand flash启动，可是s3c2410支持从nand flash启动，开发板(sbc-2410x)加电后s3c2410将nand flash的前4k(保存有u-boot的部分功能--拷贝功能--把nand flash中的内容拷贝到SDRAM)拷贝到sram(s3c2410芯片内的sram)。这就需要修改u-boot源码，增加u-boot的功能: 使u-boot在得到执行权后能够将其自身拷贝到开发板上SDRAM中，以便处理器能够执行u-boot .Nand Flash的命令、地址、数据都通过I/O口发送，管脚复用，这样做做的好处是，可以明显减少NAND FLASH的管脚数目，将来如果设计者想将NAND FLASH更换为更高密度、更大容量的，也不必改动电路板。

 NAND FLASH不能够执行程序，本人总结其原因如下 ：

       1. NAND FLASH本身是连接到了控制器上而不是系统总线上。CPU启动后是要取指令执行的，如果是SROM、NOR FLASH 等之类的，CPU 发个地址就可以取得指令并执行，NAND FLASH不行，因为NAND FLASH 是管脚复用，它有自己的一套时序，这样CPU无法取得可以执行的代码，也就不能初始化系统了。

       2. NAND FLASH是顺序存取设备，不能够被随机访问，程序就不能够分支或跳转，这样你如何去设计程序。

U-BOOT 支持ARM、 PowerPC等多种架构的处理器，也支持Linux、NetBSD和VxWorks等多种操作系统，主要用来开发嵌入式系统初始化代码 bootloader。bootloader是芯片复位后进入操作系统之前执行的一段代码，完成由硬件启动到操作系统启动的过渡，为运行操作系统提供基本 的运行环境，如初始化CPU、堆栈、初始化存储器系统等，其功能类似于PC机的BIOS.

NAND闪存工作原理

       S3C2410开发板的NAND闪存由NAND闪存控制器(集成在S3C2410 CPU中)和NAND闪存芯片(K9F1208U0A)两大部分组成。当要访问NAND闪存芯片中的数据时,必须通过NAND闪存控制器发送命令才能完 成。所以, NAND闪存相当于S3C2410的一个外设,而不位于它的内存地址区。

       NAND闪存(K9F1208U0A)的数据存储结构分层为：1设备(Device) = 4096 块(Block);1块= 32页/行(Page/row);1页= 528B = 数据块 (512B) + OOB块 (16B)
在每一页中，最后16个字节(又称OOB)在NAND闪存命令执行完毕后设置状态，剩余512个字节又分为前半部分和后半部分。可以通过NAND闪存命令 00h/01h/50h分别对前半部、后半部、OOB进行定位，通过NAND闪存内置的指针指向各自的首地址。
NAND闪存的操作特点为：擦除操作的最小单位是块；NAND闪存芯片每一位只能从1变为0，而不能从0变为1，所以在对其进行写入操作之前一定要将相应 块擦除；OOB部分的第6字节为坏快标志，即如果不是坏块该值为FF，否则为坏块；除OOB第6字节外，通常用OOB的前3个字节存放NAND闪存的硬件 ECC(校验寄存器)码；
   
从NAND闪存启动U-BOOT的设计思路

       如果S3C2410被配置成从NAND闪存启动,上电后，S3C2410的NAND闪存控制器会自动把NAND闪存中的前4K数据搬移到内部RAM中, 并把0x00000000设置为内部RAM的起始地址, CPU从内部RAM的0x00000000位置开始启动。因此要把最核心的启动程序放在NAND闪存的前4K中。

       由于NAND闪存控制器从NAND闪存中搬移到内部RAM的代码是有限的,所以, 在启动代码的前4K里,必须完成S3C2410的核心配置，并把启动代码的剩余部分搬到RAM中运行。在U-BOOT中, 前4K完成的主要工作就是U-BOOT启动的第一个阶段(stage1)。
根据U-BOOT的执行流程图，可知要实现从NAND闪存中启动U-BOOT，首先需要初始化NAND闪存,并从NAND闪存中把U-BOOT搬移到 RAM中，最后需要让U-BOOT支持NAND闪存的命令操作。
　　

结语

       以往将U-BOOT移植到ARM9平台中的解决方案主要针对的是ARM9中的NOR闪存，因为NOR闪存的结构特点致使应用程序可以直接在其内部运行，不 用把代码读到RAM中，移植过程相对简单。从NAND闪存中启动U-BOOT的设计难点在于NAND闪存需要把U-BOOT的代码搬移到RAM中，并要让 U-BOOT支持NAND闪存的命令操作。本文介绍了实现这一设计的思路及具体程序。移植后，U-BOOT在嵌入式系统中运行良好。