ARM上电启动

为了让将来的 Nor Flash 兼容性更好，引进了 CFI （Common Flash Interface）接口，将芯片有关的信息都写入芯片内部，通过 CFI 命令就可以获取这些信息。

 

Nor Flash上电后处于数据读取状态（Reading Array Data）。此状态可以进行正常的读。这和读取SDRAM/SRAM/ROM一样。在完成信息获取后一般就要擦除数据。 Nor Flash支持扇区擦（Sector Erase）除和整片擦除（Chip Erase）。

DQ7：Data# Polling bit，DQ7在编程时的状态变化。

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启动时读取的第一条指令是在0x00上，分为nand flash和nor flash上启动。

Nor flash的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，需要软件去控制读取时序，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。

 

Mini2440把Bootloader烧到nand flash上启动，因为在mini2440里有一个内置的SRAM，叫做stepping stone(垫脚石，很形象…)，系统启动加电后，会把nand flash上的起始4KB的内容拷贝到SRAM里执行，这样就实现了从nand flash启动。如果bootloader小于4KB的话（像vboot），在SRAM里就能boot，大于4KB的话(u-boot，vivi)，在SRAM里做一些基本初始化后，再把bootloader的剩余部分拷贝到SDRAM里（>0x30000000）。

 

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一：地址空间的分配

1:s3c2440是32位的，所以可以寻址4GB空间，内存（SDRAM）和端口（特殊寄存器），还有ROM都映射到同一个4G空间里.

2:开发板上一般都用SDRAM做内存，flash（nor、nand）来当做ROM。其中nand flash没有地址线，一次至少要读一页(512B).其他两个有地址线

3:nandflash不用来运行代码，只用来存储代码，NORflash，SDRAM可以直接运行代码）

4:s3c2440总共有8个内存banks

6个内存bank可以当作ROM或者SRAM来使用

留下的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)

7个bank的起始地址是固定的

还有一个灵活的bank的内存地址，并且bank大小也可以改变

5: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。

当从NAND启动时

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0x00000000）。cpu是从0x00000000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0x00000000，只好使用片内SRAM做一个载体。通过这个载体把nandflash中大代码复制到RAM(一般是SDRAM)中去执行。

当从非NAND flash启动时

nor flash被映射到0x00000000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0x40000000）. 然后cpu从0x00000000开始执行（也就是在Norfalsh中执行）。 

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Norflash，程序就会从Norflash中启动，arm直接取Norflash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NANDflash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NANDFlash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NANDFlash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NORflash可以直接连接到arm的总线并且可以运行程序，而NANDflash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Norflash，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。Norflash中的Bootloader还可以烧录内核到Norflash等等功能

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1)接口区别： 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.

2)性能区别

NOR的传输效率很高，在1～4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。 NAND结构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。应用NAND的困难在于flash的管理和需要特殊的系统接口。

● NOR的读速度比NAND稍快一些。

● NAND的写入速度比NOR快很多。

● NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。

● 大多数写入操作需要先进行擦除操作。

● NAND的擦除单元更小，相应的擦除电路更少。

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ARM是统一编址的，也就是外设和内存进行统一的编址，共同形成了4G物理地址空间（32位为例子）。

大家知道操作外设时，实际上操作的是读写设备相关的寄存器，这些与外设相关的寄存器与不同操作模式下R0-R15那些寄存器是不同的，这些寄存器并不是所谓的物理上的寄存器，实际上是所谓的IO端口，通常会有控制、状态、数据的分类。他们被连续地编址，对于其编址的方式有两种一种是IO映射、一种是内存映射。IO映射是对x86为例的复杂指令集来说的，需要专门的IO控制指令，不详谈。

内存映射是对于统一编址的精简指令集计算机ARM等来说的。具体的方法就是将IO端口映射成和内存一样的物理地址，然后与内存一起进行统一编址，或者说成为了内存的一部分，当然还可以理解内存映射的意思是可以用访问内存的方式进行IO地址的访问，内存和IO地址一起编码为cpu识别的地址哦。然后内存+IO端口地址=4GB的寻址空间。

那么接下来还有个问题就是这种编址的硬件实现？这就要详见arm的AMBA(Advanced Microcontroller BusArchitecture)了，这是目前芯片总线的主流标准。共定义了3组总线：高性能总线(Advanced High Performance Bus，AHB)、系统总线(Advanced System Bus，ASB)和外设总线(Advanced Peripheral Bus，APB)。不同的总线上挂接着不同的外设和存储器，大部分由三态门控制。比如，当AHB总线上的主设备读写从设备时，发出的地址经过AHB总线的译码器产生该地址所对应从设备的选择信号，选中从设备；这样就可以对从设备进行读写啦。或者可以这样想AHB总线上的译码器根据地址产生相应的片选信号，选中对应的设备。对于硬件的实现我们这是简单地理解以便更好地体会上述编址。涉及到具体的硬件读写操作，地址的硬件实现会提到很多的译码器、三态门、总线、还有时序等等具体情况具体分析，在此不做详述。

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必须要知道的是，所有的处理器PC指针复位值都会是0，所以一定会在0地址开始执行代码。？？？？？？？？？？

这个0地址是个很讲究的东西。可以出现在0地址的东西通常有下面几种：

1. 片内的SRAM

2. 外部总线上的NOR FLASH

3. 片内固化的ROM CODE。每个厂家都会给ROM CODE起个名字，比如三星管这个叫IROM

那么怎么知道map哪个呢，这种情况下CPU还没开始跑，所以只能依赖于硬件逻辑。一般的做法是通过一些外部的管脚来配置，三星平台管这个叫OM。通过这部分的配置，芯片内部逻辑确定将什么东东map过去。

将SRAM map到0地址是ARM9时代的做法，那时候天是那么的蓝，水是那么的清，NAND FLASH启动扇区不需要ECC。复位起来的第一件事情就是NAND CONTROLLER将启动扇区COPY到SRAM内，然后CPU开始执行。

其它两种方式没有这种COPY的动作。 然后，CPU从0地址开始执行代码。 因为NAND是个很容易丢数据的东西，NAND启动方式有很大的问题。因为NAND CONTROLLER在COPY启动代码时不带ECC，常见的问题是数据异常导致启动失败。

所以现在这种方法不再使用了。 NOR启动，没什么好说了，大家都很了解。

引入ROM CODE启动方式主要是为了支持各种启动设备，包括各种ECC的NAND，各种串口，各种USB口，各种SD卡，各种拍脑袋想到的东东。有了ROM CODE作为跳板，就很容易发挥想象力了。

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1.1 上电后的第一条指令在哪里？

首先明确：对于ARM芯片，启动时pc值由CPU设计者规定，不同的ARM CPU有不同的值，例如S3C2440芯片上电后PC值被硬件设计者规定为0x0；其他ARM芯片不一定是0x0。？？？？？？？？？
第一章讲述的上电取第一条指令过程以S3C2440为例，该芯片是ARMv4T架构，其他芯片在原理上类似。
S3C2440的启动时读取的第一条指令是在内存0x00地址处，不管是从nand flash还是nor flash启动。
但是上电后内存中是没有数据的，那么0x00地址处的指令是如何放进去的？针对不同的flash（nandflash、norflash），操作方式是不同的，下面讲述从nandflash和norflash启动的不同流程。
 

1.1.1  norflash和nandflash的异同

nandflash：价格低，容量大，适合大容量数据存储，地址线和数据线共用I/O线，所有信息都通过一条线传送，类比于PC的硬盘，
norflash：价格贵，容量小，适合小容量的程序或数据存储，类似硬盘，但是能在其中运行程序；有独立地址线、数据线
sdram：主要用于程序执行时的程序存储、执行或计算，类比于PC的内存；
综上：norflash比较适合频繁随即读写的场合，通常用于存储代码并直接在其中运行。nandflash用于存储资料。
只要知道以上大概区别就行。以下说明ARM从两种flash启动方式的异同。

 
1.1.1.1  ARM从nandFlash启动

若从nandflash启动，上电后nandflash控制器自动把nandflash存储器中的0——4K内容加载到芯片内的起步石（Steppingstone，起步石这个机制是处理器中集成的功能，对程序员透明），即内部SRAM缓冲器中，同时把内部SRAM的起始地址设置为0x0（不同的CPU上电后的PC值不尽相同，对不同的CPU该值也不尽相同），然后把这段片内SRAM映射到nGCS0片选的空间，进而CPU开始从内部SRAM的0x0处开始取得第一条指令，该过程全部是硬件自动完成，不需要程序代码控制。
或许你有个疑问，为什么不能直接把nandflash映射到0x0地址处？非要经过内部SRAM缓冲？
答案是，nandflash根本没有地址线，没法直接映射，必须使用SRAM做一个载体，通过SRAM把剩余的nandflash代码（即剩余的uboot启动代码）复制到SDRAM中运行。
若想从nandflash启动，那么uboot最核心的代码必须放在前4k完成。这4k代码要完成ARM CPU的核心配置以及将剩余的代码拷贝到SDRAM中（若从norflash启动则没有4k这个大小的限制，但是还会在完成最主要的设置后进入SDRAM中运行）。
 

1.1.1.2 ARM从norflash启动

若从norflash启动，则norflash直接被映射到内存的0x0地址处（就是nGCS0，这里就不需要片内SRAM来辅助了，所以片内SRAM的起始地址不变，还是0x40000000），然后cpu从0x00000000开始执行（也就是在Norfalsh中执行）。
      需要说明的是，uboot代码段（.text段）起始位置必须是与上电后PC值一致，即编译uboot时，TEXT_BASE宏必须设置成0x0 ，反汇编uboot文件后，文本段第一条指令的地址也是0.
总结：
1、从norflash还是从nandflash启动，是由ARM的OM1和OM0引脚组合决定
2、不管从norflash还是nandflash启动，S3C2440上电后的pc值为0x0
3、如果某芯片上电后PC值不是0x0，假如是0x38ff0000，那么从norflash启动时，硬件就要自动将其映射到0x38ff00