什么是nor flash方式打開電源 淺談nor flash原理及應(yīng)用

本文主要是關(guān)于nor flash的相關(guān)介紹，并著重對nor flash打開電源方式及原理應(yīng)用進(jìn)行了詳盡的闡述。

nor flash

nor flash是現(xiàn)在市場上兩種主要的非易失閃存技術(shù)之一。Intel于1988年首先開發(fā)出NOR Flash 技術(shù)，徹底改變了原先由EPROM（Erasable Programmable Read-Only-Memory電可編程序只讀存儲器）和EEPROM（電可擦只讀存儲器Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory）一統(tǒng)天下的局面。緊接著，1989年，東芝公司發(fā)表了NAND Flash 結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)降低每比特的成本，有更高的性能，并且像磁盤一樣可以通過接口輕松升級。NOR Flash 的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行（XIP ，eXecute In Place），這樣應(yīng)用程序可以直接在Flash閃存內(nèi)運(yùn)行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR 的傳輸效率很高，在1~4MB的小容量時具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響到它的性能。NAND的結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達(dá)到高存儲密度，并且寫入和擦除的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于Flash的管理需要特殊的系統(tǒng)接口。通常讀取NOR的速度比NAND稍快一些，而NAND的寫入速度比NOR快很多，在設(shè)計中應(yīng)該考慮這些情況。

flash閃存是非易失存儲器，可以對稱為塊的存儲器單元塊進(jìn)行擦寫和再編程。任何flash器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內(nèi)進(jìn)行，所以大多數(shù)情況下，在進(jìn)行寫入操作之前必須先執(zhí)行擦除。NAND器件執(zhí)行擦除操作是十分簡單的，而NOR則要求在進(jìn)行擦除前先要將目標(biāo)塊內(nèi)所有的位都寫為0。由于擦除NOR器件時是以64～128KB的塊進(jìn)行的，執(zhí)行一個寫入/擦除操作的時間為5s，與此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的塊進(jìn)行的，執(zhí)行相同的操作最多只需要4ms。執(zhí)行擦除時塊尺寸的不同進(jìn)一步拉大了NOR和NAND之間的性能差距，統(tǒng)計表明，對于給定的一套寫入操作（尤其是更新小文件時），更多的擦除操作必須在基于NOR的單元中進(jìn)行。這樣，當(dāng)選擇存儲解決方案時，設(shè)計師必須權(quán)衡以下的各項因素。l 、NOR的讀速度比NAND稍快一些。2、 NAND的寫入速度比NOR快很多。3 、NAND的4ms擦除速度遠(yuǎn)比NOR的5s快。4 、大多數(shù)寫入操作需要先進(jìn)行擦除操作。5 、NAND的擦除單元更小，相應(yīng)的擦除電路更少。此外，NAND的實(shí)際應(yīng)用方式要比NOR復(fù)雜的多。NOR可以直接使用，并可在上面直接運(yùn)行代碼；而NAND需要I/O接口，因此使用時需要驅(qū)動程序。不過當(dāng)今流行的操作系統(tǒng)對NAND結(jié)構(gòu)的Flash都有支持。此外，Linux內(nèi)核也提供了對NAND結(jié)構(gòu)的Flash的支持。

什么是nor flash方式打開電源

flash閃存是非易失存儲器，可以對稱為塊的存儲器單元塊進(jìn)行擦寫和再編程。任何flash器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內(nèi)進(jìn)行，所以大多數(shù)情況下，在進(jìn)行寫入操作之前必須先執(zhí)行擦除。NAND器件執(zhí)行擦除操作是十分簡單的，而NOR則要求在進(jìn)行擦除前先要將目標(biāo)塊內(nèi)所有的位都寫為0。

norflash的啟動方式

電子產(chǎn)品如果沒有了電，就跟廢品沒什么區(qū)別，是電賦予了他們生命，然而程序則是他們的靈魂。

小時候一直很好奇，一個個死板的電子產(chǎn)品為什么一上電以后就能夠工作了呢？為什么一個小小芯片就能夠運(yùn)行我們編寫的程序呢？一個開發(fā)板從剛上電到整個操作系統(tǒng)能夠運(yùn)行起來是怎么辦到的呢？這些東西困擾了好久，參考了好多資料現(xiàn)在才慢慢弄明白其中一些原理。

我們現(xiàn)在接觸的大多數(shù)電子產(chǎn)品都是使用數(shù)字電路設(shè)計出來的，數(shù)字電路的精髓就是兩個數(shù)字：0和1，這兩個數(shù)字千變?nèi)f化的組合創(chuàng)造了計算機(jī)世界的繽紛多彩，不管是cpu、內(nèi)存還是其他外設(shè)都是通過0和1的變化來進(jìn)行記錄、交互以及計算。硬件是怎么操作這兩個數(shù)字以及這兩個數(shù)字是怎么控制硬件工作的，這里不進(jìn)行討論，那都是一些二極管、三極管、與非門、信號放大取樣編碼等等知識，所以這里將對一個個功能完整的芯片，從上電以后，他們通過電信號完成各種操作的過程進(jìn)行解析。如果有玩過單片機(jī)的同學(xué)應(yīng)該知道，一個cpu加上一個電源，然后外接一個外部晶振就能夠做成一個最小系統(tǒng)了，單片機(jī)就能夠在他可憐的64k或者128k內(nèi)存中運(yùn)行起來了，這些簡單的控制芯片雖然有它的存在價值，但是它不能滿足日益復(fù)雜的計算需求，所以需要更快的運(yùn)算速度以及更大的運(yùn)行內(nèi)存，因此我們會用到更復(fù)雜的處理器，比如mips、arm等。下面將使用arm s3c2440 處理器分析上電啟動的過程。

作為一個嵌入式產(chǎn)品，它的多樣性讓它更具有可玩性，以及更容易適應(yīng)不同的需求，它不像我們的PC啟動方式相對比較單一（ROM啟動），arm啟動方式有從norfalsh啟動、nandflash啟動、SD卡啟動和UBS啟動等，但是他們的啟動原理都是大同小異的。

開始之前，先理清幾個概念：

SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory）：同步動態(tài)隨機(jī)存取存儲器，同步是指Memory工作需要步時鐘，內(nèi)部的命令的發(fā)送與數(shù)據(jù)的傳輸都以它為基準(zhǔn)；動態(tài)是指存儲陣列需要不斷的刷新來保證數(shù)據(jù)不丟失；隨機(jī)是指數(shù)據(jù)不是線性依次存儲，而是由指定地址進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫，簡單的說，它就是cpu使用的外部內(nèi)存，即我們常說的內(nèi)存條。

SRAM是英文Static RAM的縮寫，它是一種具有靜止存取功能的內(nèi)存，不需要刷新電路即能保存它內(nèi)部存儲的數(shù)據(jù)，速度比SDRAM快，一般用作高速緩沖存儲器（Cache）。

norflash：非易失閃存，是一種外部存儲介質(zhì)，芯片內(nèi)執(zhí)行（XIP，eXecute In Place），這樣應(yīng)用程序可以直接在flash閃存內(nèi)運(yùn)行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中，由于它有地址總線，cpu可以直接從norflash中取指，直接從FLASH中運(yùn)行程序，但是工藝復(fù)雜，價格比較貴，容量較?。?~4M），NOR的傳輸效率很高

nandflash：它也是非易失閃存（掉電不丟失）的一種，但是它雖然有數(shù)據(jù)總線，但是沒有地址總線，所以cpu不能直接從nandflash中取指運(yùn)行，由于它價格便宜，所以常常用來存儲大量數(shù)據(jù)，和我們常說的硬盤類似。

下面將解析nandflash啟動和norflash啟動兩種方式（arm s3c2440），其他啟動方式將在uboot代碼部分分析。

一、 Nandflash啟動

首先必須把一個正確的bootload燒寫到nandflash的最低位置，即從0x000開始燒寫。當(dāng)我們選擇從nandflash啟動開發(fā)板的時候，開發(fā)板就會啟動連接nandflash的電路結(jié)構(gòu)，當(dāng)開發(fā)板一上電的時候，Nand Flash控制器會自動的把Nand Flash上的前4K數(shù)據(jù)搬移到CPU的內(nèi)部RAM中（SRAM-cache），這個內(nèi)部RAM我們通常稱作stepping stone，同時把這段片內(nèi)SRAM映射到nGCS0片選的空間（即0x00000000），CPU從內(nèi)部RAM的0x00000000位置開始啟動（執(zhí)行），這個過程不需要程序干涉的。

這個過程就是啟動過程的stage1，它將nandflash的前4看內(nèi)容拷貝到stepping stone中，然后從stepping stone的第一條指令開始執(zhí)行，這4k內(nèi)容里面的指令將會完成以下幾個動作：

1.硬件設(shè)備初始化

2. 加載U-Boot第二階段代碼到SDRAM空間

3. 設(shè)置好棧

4. 跳轉(zhuǎn)到第二階段stage2代碼入口

從下圖我們可以看到，板子重置以后，內(nèi)存的映射關(guān)系。從圖中可以看到以下幾點(diǎn)：

1.剛開始bank0~bank5是只能映射SROM的，而bank6和bank7才能夠接SDRM，而且每個bank最大接128M的SDRM，所以決定了S3C2440的最大可外接SDRAM是256M；

2.從圖中我們可以看到bank6的起始地址是0x3000_0000， 所以我們在執(zhí)行stage1的第二個動作（加載U-Boot第二階段代碼到SDRAM空間）時，需要將uboot代碼放到0x3000_000~0x4000_0000區(qū)間內(nèi)（SDRAM內(nèi)），才能從SDRAM中正常執(zhí)行stage2；

3.當(dāng)沒有選擇從nandflash啟動時，Boot internal SRAM（4k）的起始地址是0x4000_0000， 當(dāng)選擇從nandflash啟動時，Boot internal SRAM（4k）的起始地址是0x00， 因為我們的開發(fā)板沒有外接SROM，所以bank1~bank5都是空閑的，而bank0的位置將被Boot internal SRAM（4k）替代，也就是說bank0的前4k就是stepping stone（起步石），板子上電以后，在nandflash的啟動模式下，S3C2440在硬件上會完成下圖中的地址映射，并自動將nandflash中的前4k拷貝到stepping stone中，并從stepping stone的開始地址（0x00）獲取到第一條指令并執(zhí)行。

經(jīng)過上面的分析后，我們可以將上面兩圖合并成下圖所示：

前面說了nandflash啟動過程中第一個代碼搬移，下面將解析第二個代碼搬移，這4k代碼首先會設(shè)置cpu運(yùn)行模式，關(guān)看門狗，設(shè)置時鐘，關(guān)中斷，初始化內(nèi)存，初始化nandflash，設(shè)置堆棧，然后將整個bootload搬運(yùn)到SDRAM中，并跳轉(zhuǎn)到SDRAM中執(zhí)行。

基本過程如下圖所示：

關(guān)于4k代碼的執(zhí)行過程將會在后面詳細(xì)解釋，而且在新的uboot-2015中，這4k代碼是由uboot_spl.bin完成的，下面將基于uboot-2015.10 列出uboot從上電到啟動內(nèi)核的整個過程進(jìn)行概述：

二、norflash啟動

其實(shí)理解了nandflash的啟動方式，norflash的啟動也就好理解多了，首先需要知道的是norflash是可以在片上執(zhí)行代碼（XIP）的，也就是說，我們只需要將bootload燒寫到norflash的開始地址，當(dāng)開發(fā)板上電以后，從內(nèi)存映射圖可以知道，nor flash會被映射到0x00000000地址（就是nGCS0，這里就不需要片內(nèi)SRAM來輔助了，所以片內(nèi)SRAM的起始地址還是0x40000000，不會改變），然后cpu從0x00000000開始執(zhí)行（也就是在Norfalsh中執(zhí)行）整個uboot，直到引導(dǎo)內(nèi)核啟動。

從norflash啟動可以省事多了，不僅如此，我們自己編寫的裸機(jī)程序需要調(diào)試，一般也是直接燒寫到norflash中進(jìn)行的，因為只要我們將編譯好的可執(zhí)行文件放到norflash的開始，開發(fā)板上電以后就會從norflash的第一條指令開始取指執(zhí)行，我們后面寫裸機(jī)程序的調(diào)試就是用這種方式進(jìn)行的。

從norflash啟動雖然從開發(fā)的角度會很方便（其實(shí)也方便不了多少），但是從產(chǎn)品的角度卻增加了它的成本，畢竟norflash還是相對較貴的，我們明明只要一塊nandflash就足夠啟動整個開發(fā)板了，就沒必要在產(chǎn)品中添加一塊norflash了，只要代碼改改就能省下不少成本，何樂不為。而且nandflash對產(chǎn)品是必不可少的，因為后面還要存放內(nèi)核和文件系統(tǒng)，起碼需要幾十兆的空間，用norflash來存儲也不現(xiàn)實(shí)。

也許你會想，能不能只用norflash，不用nandflash和SDRAM行不行呢，畢竟norflash即可以存儲，也可以運(yùn)行程序的啊，從理論來說是可以的，但是了解一下他們的市場價格、運(yùn)行速度和工作原理，應(yīng)該就會知道答案了。

結(jié)語

關(guān)于nor flash的相關(guān)介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。

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