2018年06月05日 | 关于S3C2440存储器地址分配和启动流程分析

学习嵌入式，最开始应该了解就是地址空间的分配，真正搞清楚每个地址代表的位置，才有了入门的基础。

1、地址分配（27根线如何寻找1G空间）

S3C2440集成了丰富了外设控制器(LCD控制器、USB Device控制器、USB Host控制器、NAND FLASH控制器、I2C控制器、SPI控制器等)。要控制这些外设就要设置相应控制器的寄存器以产生相应的驱动时序。学习S3C2440，主要是如何配置寄存器。

下面是S3C2440特殊功能寄存器地址：
#define rBANKCON0  (*(volatileunsigned *)0x48000004) //Boot ROM control
#define rBANKCON1  (*(volatileunsigned *)0x48000008) //BANK1 control
#define rBANKCON2  (*(volatileunsigned *)0x4800000c) //BANK2 cControl

在学习的过程我一直在想这些地址为什么是这样的？

arm体系并没有明确指明每个寄存器的地址，而是各个芯片厂家自己设定了每个特殊寄存器的地址。

查S3C2440的数据手册可知S3C2440可寻址1G的地址范围，但是S3C2440的地址线只有27根，理论上只能寻址2的27次方等于128M的地址范围。
通过细致的分析可知：S3C2440通过一个BANK来解决了这个问题。

S3C2440有8个存储器BANK，引出了8根BANK线（对应nGCS0~ nGCS7）,通过这个8根线来选通和关闭不同的存储器，这样S3C2440最多就可以连接8个128M的存储器。对某个BANK地址的访问实际上就是选通该BANK，于是ARM核只要发出一个地址，然后S3C2440的储存控制器把该地址解释成两部分：一部分是BANK地址，一部分是连接到该BANK存储器内部的地址就可以访问了。

这8个存储器banks：

6 个是ROM，SRAM 等类型存储器bank (bank0 ---- bank5)
l2 个是可以作为ROM、SRAM、SDRAM 等存储器bank (bank6 ---- bank7)
l7 个固定的存储器bank起始地址 (bank0 ---- bank6)
l最后一个bank 的起始地址可调整 (bank7, 接两片sdram时.接在bank7上的sdram会根据bank6上的结束地址而调整)

而作为32位的CPU，理论上可以使用的地址范围可以达到2的32次方等于4G，除去上述的1G地址空间，还有一部分是CPU内部寄存器的地址，剩下的地址空间没有使用。

图1

(1) S3C2440A的存储器管理器提供访问外部存储器的所有控制信号,27位地址信号(ADDR[26:0])、32位数据信号(DATA[31:0])、8个片选信号(nGCS[7:0])、以及读/写控制信号等.
看图1,我们知道.从0x4000 0000 地址开始,有片内SRAM,片内寄存器,还有未使用的空间.这是都是固定的,不能动的.留给我们用户的只有0x0000 0000 到 0x3FFF FFFF这1GB的地址空间给我们用. 1GB的地址空间我们需要30根地址线才能完全寻址完毕,2 的 30次方 刚好等于1GB,但是,芯片引脚上只给出了27根地址()ADDR[26:0]),单靠芯片上的27根引脚,它只能控制128M的空间,那3根线去哪里.其实这3根线用在了3-8译码器(如:000表示00000001,001表示00000010,010表示00000100,011表示00001000等等)的输入端去了,而这个3-8译码器的输出端，就是对应这nGCS0～7,对应着8个bank,用于选择当前处于哪个bank,这样做的好处在于很模块化结构化了,便于管理.不会造成一片和手动去分割地址.
(2) bank0---bank5为固定128MB,bank6和bank7的容量可编程改变，可以是2、4、8、16、32、64、128MB
请看图2


图2
所以.7个固定存储器bank(bank0-bank6)起始地址。bank7的开始地址与bank6的结束地址相连接，但是二者的容量必须相等,s3c2440最小可以支支持2MB(2MB一片,只接bank6) 最大支持是256MB(bank6接128MB,bank7接128MB),另需注意一点就是如果,需要接两片sdram的话,两片的容量大小必须是一样的.看图2就清楚了.
(3) bank0可以作为引导ROM。其数据线宽只能是16位和32位，其它存储器的数据线宽可以是8位、16位和32位
(4) 地址:
0x0000 0000 ----- 0x3FFF FFFF : 分配了8个bank ,每个bank 有128MB寻址空间, 每个bank也都会有片选信号,这8个bank 的地址提供给nandflash ,norflash,sdram使用(下面sdram的接入我们会祥细讲解)
0x4000 0000 ----- 0x47FF FFFF : 其中的前4KB空间,也就是0x4000 0000 到 0x4000 1000 为片内SRAM地址空间,这就是所谓的steppingstone(下面s3c2440启动时会再讨论steppingstone的作用),其它的空间未使用.
0x4800 0000 ----- 0x5FFF FFFF : 特殊功能寄存器,CPU的寄存器都在这时定义和配置.
0x6000 0000 ----- 0xFFFF FFFF : 这大概3G的空间是没有使用的.

下面的图片或许更加直观：

1、绿色那部分为外设地址空间，大小为1G，存在于CPU外部，由于存放数据与程序用的，CPU可通过地址线和数据线从中读取数据。
2、黄色那部分为功能部件寄存器，大小为3G，存在于CPU内部，即在这些寄存器上写入一些数据，则可控制相应功能部件的行为。

其中的各功能部件的寄存器地址范围如表下：

其中的各外设的访问地址如下表：

2、S3C2440启动流程

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。

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。
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) 从NorFlash启动时，与nGCS0相连的NorFlash就被映射到nGCS0片选的Bank0空间，其地址被映射为0x0000 0000；http://blog.csdn.net/shanzhizi

2) 从NandFlash启动时，S3C2440芯片内部自带的一块容量为4K的被称为“Steppingstone”（起步石）的BootRAM被映射到nGCS0片选的Bank0空间，其地址被映射为0x0000 0000。当系统上电或复位时，程序会从0x0地址处开始执行，因此我们编写的启动代码要确保存储在0地址处。如果系统的所有程序在编译链接后的大小小于4K，那在系统的启动代码中无需考虑将程序从NandFlash搬运到SDRAM这个问题，因为所有的程序在启动时即全部由NandFlash拷贝至BootSRAM，程序在BootSRAM中运行即可；如果系统的所有程序在编译链接后的大小大于4K，那在系统的启动代码中就需要包含一段将系统的全部程序从NandFlash搬运到SDRAM的代码，因为系统启动时只将NandFlash的前4K拷贝到了BootSRAM中，还有部分程序在NandFlash中，而程序在NandFlash中是无法运行的，需要将所有程序拷贝至SDRAM并在其中运行，所以系统的启动代码中要包含这段有关程序拷贝的代码，并在所有程序拷贝完成后使程序跳转到SDRAM中运行。也就是说NandFlash启动时需要考虑到涉及的两次搬移，第一次搬运是S3C2440硬件机制自动实现的，无需干预，第二次搬运需要程序员来实现，搬运程序量大小是系统的所有程序。