存储器

最新推荐文章于 2023-10-11 10:01:59 发布

平凡之路_嵌入式

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一　　通用存储设备：

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。ROM还可以细分为不可编程ROM,可编程ROM(PROM),可擦除(PROM)和电可擦除(EEPROM)。

目前ROM有被flash替代的趋势，NOR和NAND是目前市场上两种主流的flash技术。

l 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。

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。

l 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：

（1）NOR FLASH（2M）：ROM存储器，通常用来保存BootLoader，引导系统启动

（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

l NOR FLASH：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。

l 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。

Nand Flash：适合大容量数据存储，类似硬盘；

Nor Flash：适合小容量的程序或数据存储，类似小硬盘；

SDRAM：主要用于程序执行时的程序存储、执行或计算，类似内存。SDRAM从发展到现在已经经历了四代，分别是：第一代SDR SDRAM，第二代DDR SDRAM，第三代DDR2 SDRAM，第四代DDR3 SDRAM。

Nor Flash有自己的地址线和数据线，可以采用类似于memory的随机访问方式，在Nor Flash上可以直接运行程序，所以Nor Flash可以直接用来做boot，采用Nor Flash启动的时候会把地址映射到0x00上。

Nand Flash是IO设备，数据、地址、控制线都是共用的，需要软件区控制读取时序，所以不能像Nor Flash、内存一样随机访问，不能EIP（片上运行），因此不能直接作为boot。

简单点说：

norflash 读取快，写入慢，总线结构，能运行代码，价格贵。
nandflash 读取慢，写入快，非总线结构，不能运行代码，价格便宜。
sdram 读取和写入都很快，掉电不能保存数据，价格贵。
1,SDRAM+nand flash 
是因为SDRAM快，nand flash 便宜，现在最好的搭配。
2,nor flash + nand flash 
nor fash慢，nand flash便宜，估计没哪个公司会用。
3,SDRAM + nor flash
SDRAM快，norflash使用比nand flash简单。

二　Ｓ３Ｃ２４４０的启动

Nand Flash启动：Nand Flash控制器自动把Nand Flash存储器的前4K复制到Stepping Stone（内部SRAM缓冲器），并把0x0000_0000设置为内部SRAM的起始地址，CPU从内部SRAM的0x0000_0000开始启动，这个过程不需要程序干涉。（CPU会自动从Nand Flash中读取前4KB的数据放置在片内SRAM里（s3c2440是soc），同时把这段片内SRAM映射到nGCS0片选的空间（即0x0000_0000）。CPU是从0x0000_0000开始执行，也就是Nand Flash里的前4KB内容。因为NAND FLASH连地址线都没有，不能直接把NAND映射到0x0000_0000，只好使用片内SRAM做一个载体。通过这个载体把Nand Flash中大代码复制到RAM(一般是SDRAM)中去执行）。

程序员要完成的工作是把最核心的代码放在Nand Flash的前4K中。4K代码要完成S3C2440的核心配置以及启动代码（U-boot）的剩余部分拷贝到SDRAM中。这4K的启动代码需要将Nand Flash中的内容复制到SDRAM中执行。Nand Flash的前4K空间放启动代码，SDRAM速度较快，用来执行主程序的代码。ARM一般从ROM或Flash启动完成初始化，然后将应用程序拷贝到RAM，然后跳到RAM执行。

Nor Flash启动：支持XIP即代码直接在Nor Flash上执行，无需复制到内存中。这是由于Nor Flash的接口与RAM完全相同，可随机访问任意地址数据。Nor Flash速度快，数据不易失，可作为存储并执行起到代码和应用程序的存储器，Nor Flash可像内存一样读操作，但擦除和写操作效率很低，远不及内存，一般先在代码的开始部分使用汇编指令初始化外接的的内存部件（外存SDRAM），最后跳到外存中继续执行。对于小程序一般把它烧到Nand Flash中，借助CPU内部RAM（SRAM）直接运行。

Nor Flash被映射到0x0000_0000地址（就是nGCS0，这里就不需要片内SRAM来辅助了，所以片内SRAM的起始地址还是0x4000_0000）。然后CPU从0x0000_0000开始执行（也就是在Nor Flash中执行）。

Nor Flash速度快，数据不易失，可作为存储并执行起到代码和应用程序的存储器，Nor Flash可像内存一样读操作，但擦初和写操作效率很低，价格很昂贵。SDRAM和Nand Flash的价格比较适中。根据这些特点，一些人产生了这样一种想法：外部Nand Flash中执行启动代码，SDRAM中执行主程序。Nand Flash控制器自动把Nand Flash存储器的前4K载到Steppingstone（内部SRAM缓冲器），并把0x0000_0000设置为内部SRAM的起始地址，CPU从内部SRAM的0x0000_0000开始启动，这个过程不需要程序干涉。这4K的启动代码需要将Nand Flash中的内容复制到SDRAM中执行。Nand Flash的前4K空间放启动代码，SDRAM速度较快，用来执行主程序的代码。ARM一般从ROM或Flash启动完成初始化，然后将应用程序拷贝到RAM，然后跳到RAM执行。

总结：ARM的启动都是从0地址开始，所不同的是地址的映射不一样。在ARM开电的时候，要想让ARM知道以某种方式（地址映射方式）运行，不可能通过你写的某段程序控制，因为这时候你的程序还没启动，这时候ARM会通过引脚的电平来判断。

1．当引脚OM0跟OM1有一个是高电平时，这时地址0会映射到外部nGCS0片选的空间，也就是Nor Flash，程序就会从Nor Flash中启动，ARM直接取Nor Flash中的指令运行。

2．当OM0跟OM1都为低电平，则0地址内部bootbuf（一段4k的SRAM）开始。系统上电，ARM会自动把Nand Flash中的前4K内容考到bootbuf（也就是0地址），然后从0地址运行。这时Nand Flash中的前4K就是启动代码（他的功能就是初始化硬件然后在把Nand Flash中的代码复制到RAM中，再把相应的指针指向该运行的地方）

为什么会有这两种启动方式，关键还是两种Flash的不同特点造成，NOR FLASH容量小，速度快，稳定性好，输入地址，然后给出读写信号即可从数据口得到数据，适合做程序存储器。Nand Flash总容量大，但是读写都需要复杂的时序，更适合做数据存储器。这种不同就造成了Nor Flash可以直接连接到ARM的总线并且可以运行程序，而Nand Flash必须搬移到内存（SDRAM）中运行。

在实际的开发中，一般可以把bootloader烧入到Nor Flash，程序运行可以通过串口交互，进行一定的操作，比如下载，调试。这样就很可以很方便的调试你的一些代码。Nor Flash中的Bootloader还可以烧录内核到Nor Flash等等功能。