技术标签: 嵌入式学习
一、存储设备的介绍
1、主流的外部存储器介绍
内存和外存的区别:RAM可以随机访问,以字节为单位,可以操作每一个地址。但是ROM就不可以了,只能以块为单位进行访问。RAM掉电数据丢失,而ROM则不会,掉电后数据是保存的。
2、磁盘、CD、软盘、硬盘、光盘的区别与联系
存储原理为磁存储,缺点是读写速度、可靠性等问题,优点是技术成熟、加个便宜,广泛使用在桌面电脑中,在嵌入式设备中几乎不使用。
现代存储的防战方向,是FLash存储,闪存技术是利用电学原理存储1和0的,从而制成存储设备,所以闪存设备没有物理的运动,所以读写速度可以很快,且没有物理损耗。
3、纯粹的Flash:NandFlash、NorFlash
这些是最早出现的,最原始的Flash颗粒组成的存储芯片,也就是说NandFlash和NorFlash芯片中,只是对存储单元做了最基本的读写接口,然后要求外部的SOC来提供FLash读写控制器和对Flash进行读写的时序。
缺点:读写接口的时序,比较复杂;内部没有坏块处理机制,需要SOC自己来管理Flash的坏块;各家厂家的Flash接口不一致,甚至同一厂家的不同型号、系列的Flash接口都不一致,这就造成产品升级时的麻烦
NandFlash分为MLC和SLC两种,SLC技术成熟,可靠性高,但是容量不大;MLC技术新,不成熟,可靠性差,但是可以做的很好,便宜。
4、SD卡、MicroSD、TF卡
这些卡其实内部就是Flash存储颗粒,但是比早期的NandFlash芯片多了统一的外部接口和封装;而且卡都有了同一的标准,譬如SD卡都是按照SD卡的标准协议发布的,这些规范规定了SD卡的读写速度、读写接口、时序、速写命令集以及卡的大小尺寸和引脚个数及定义。这样做的好处就是不同厂家的SD卡可以通用。
5、iNand、moviNand、eSSD
电子产品如手机、相机等,前些年的趋势是用sd卡、TF卡等扩容,但是近些年的趋势是直接内置大容量的Flash芯片而不是外部扩展卡。
外部扩展卡,由于长时间的使用,导致卡槽接触不良等现象,不可靠。
现在主流的发展趋势是使用iNand、MoviNand以及eSSD设备,本质上,这些设备存储颗粒都是Flash,但是集成了块设备管理单元,综合了SD卡为代表的各种卡的优势和原始Nand芯片的优势。
优势:向SD卡学习,有了统一的接口标准,包括引脚定义、物理封装,接口时序;向Nand学习,以芯片的方式来发布,而不是以卡的方式;内置了Flash管理模块,提供了诸如坏块管理等功能,让Nand的管理容易起来。
SSD固态硬盘,和eSSD的封装不同而已。
二、SD卡的特点和背景知识
1、SD卡和MMC卡的关系
MMC的全称是”MultiMediaCard”――所以也通常被叫做”多媒体卡”,是一种小巧大容量的快闪存储卡,特别应用于移动电话和数字影像及其他移动终端中。
如上图所示,MMC存贮卡只有7pin,可以支持MMC和SPI两种工作模式,或者换句话说:MMC是一种通信协议,支持两种模式SPI和MMC。MMC模式是标准的默认模式,具有MMC的全部特性。而SPI模式则是MMC存贮卡可选的第二种模式,这个模式是MMC协议的一个子集。
如下图为MMC在各个工作模式下的引脚定义。
SD卡,数字安全记忆卡(Secure Digital Memory Card),是用于移动设备的标准记忆卡。SD卡数据传送和物理规范由MMC发展而来,大小和MMC差不多。长宽和MMC一样,比MMC稍微厚了一点。兼容性方面SD卡向下兼容多媒体卡(Multi Media Card)。
SD卡也有SD(SD有4-line和1-line两种模式,以下只列出了4-line工作模式)和SPI两种工作模式,在各个工作模式下引脚定义如下:
2、SD卡和NanndFlash、NorFlash芯片的差异
SD卡/MMC卡有统一的标准接口,而Nand和NorFlash等没有统一的标准。
3、SD卡MicroSD的区别
没有任何的区别,只是存储大小有不同,传输原理完全,一种卡的两种不同封装。
4、MicroSD和TF是同一种东西。
三、SD卡的编程接口
1、SD卡的物理接口
2、SD卡的SD协议和SPI协议
SD卡和SRAM、DDR、SROM之类的东西不同,SRAM等之类的存储存储器是总线式的,只要接上初始化好之后,就可以有SOC直接以地址方式来访问,但是SD卡不能直接通过给地址来访问,需要一定的接口协议。比如SD协议和SPI协议。
SPI协议:低俗、接口操作的时序简单,适合单片机。
SD协议:高速、接口时序复杂,适合有SDIO接口的SOC,专门用来和SD通信的。SD协议要求SOC中有SD控制器,运行在高速率下,要求SOC主频不能太低。
SD卡协议的详解,可以看这篇文档:https://www.jianshu.com/p/6272e4cb1eeb
四、S5PV210的SD卡启动详解
1、SOC为何支持SD卡启动
2、SD卡启动的难点在哪?
3、S5PV210的启动过程
Samsung在iROM中实现内置了一些代码,也就是内置在IROM中的BL0,这段代码会在系统上电时,最开始执行,这段代码回去初始化外部SD卡/NandFlash,并且在其中内置了读取SD卡内容的代码放在iROM中,BL0 就是通过这个内置的copy function来读取外部SD/NandFlash中BL1。
4、扇区和块的概念
早期的块设备,例如软盘,硬盘这类磁存储设备,不以字节为单元,而是以扇区为单位。读写的最小单位为一个扇区。
一个扇区,一般是512个字节,后来的硬件虽然物理上可能支持更大的扇区,但是实际上一般还是兼容512个字节扇区的操作方法。
五、SD卡启动实战
通过代码,读取SD卡中程序,SD卡中程序分为两个部分,第一的部分是从扇区2开始的16KB的代码,第二部分是存储在45扇区开始的剩余代码。我们将这两部分的代码,放在两个不同的文件夹下BL1和BL1中,每个文件下都必须有自己独立的Makefile,然后还需要一个主MakeFile,还有一个烧写SD卡的脚本。注意链接脚本也是需要修改的。
1、BL1代码的编写
(1)BL1的需要实现的功能:关闭看门狗,设置栈,开Icache,初始化DDR,从SD卡的特定分区读取BL2到DDR中的特定位置,最后是跳转到DDR中执行BL2。
(2)start.S文件
#define WTCON 0xE2700000
#define SVC_STACK 0xd0037d80
.global _start // 把_start链接属性改为外部,这样其他文件就可以看见_start了
_start:
// 第1步:关看门狗(向WTCON的bit5写入0即可)
ldr r0, =WTCON
ldr r1, =0x0
str r1, [r0]
// 第2步:设置SVC栈
ldr sp, =SVC_STACK
// 第3步:开/关icache
mrc p15,0,r0,c1,c0,0; // 读出cp15的c1到r0中
//bic r0, r0, #(1<<12) // bit12 置0 关icache
orr r0, r0, #(1<<12) // bit12 置1 开icache
mcr p15,0,r0,c1,c0,0;
// 第4步:初始化ddr
bl sdram_asm_init
// 第5步:SD重定位
bl sd_relocate
// 汇编最后的这个死循环不能丢
b .
2、主要的代码就是集中在sd_relocate中,
#define DDR_ADDR 0x23E00000 //BL2在DDR中位置
#define BLOCK_START_SD 45
#define COUNT_BLOCK_SD 32
typedef unsigned int bool;
typedef bool(*pCopySDMMC2Mem)(int, unsigned int, unsigned short, unsigned int*, bool);
typedef void (*pBL2Type)(void);
void sd_relocate()
{
pCopySDMMC2Mem CopySDMMC2Mem = (pCopySDMMC2Mem)(*(unsigned int*)0xD0037F98);
CopySDMMC2Mem(2,BLOCK_START_SD,COUNT_BLOCK_SD,(unsigned int*)DDR_ADDR,0);
pBL2Type BL2Func = (pBL2Type)DDR_ADDR;
BL2Func();
}
typedef bool(*pCopySDMMC2Mem)(int, unsigned int, unsigned short, unsigned int*, bool);这是iROM中内置的用于从SD卡中复制代码到内存中的函数指针,
typedef void (*pBL2Type)(void);是一个函数指针,通过pBL2Type BL2Func = (pBL2Type)DDR_ADDR的方式,跳转到DDR中执行代码。
3、Makefile的修改
relocate1.bin: start.o sdram_init.o sd_relocate.o
arm-linux-ld -Tlink.lds -o relocate1.elf $^
arm-linux-objcopy -O binary relocate1.elf relocate1.bin
arm-linux-objdump -D relocate1.elf > relocate1_elf.dis
gcc mkv210_image.c -o mkx210
./mkx210 relocate1.bin BL1.bin
%.o : %.S
arm-linux-gcc -o $@ $< -c -nostdlib
%.o : %.c
arm-linux-gcc -o $@ $< -c -nostdlib
clean:
rm *.o *.elf *.bin *.dis mkx210 -f
2、BL2的编写
没有新代码,主要是做一些修改即可。
.global _start // 把_start链接属性改为外部,这样其他文件就可以看见_start了
_start:
//run_on_dram:
// 长跳转到led_blink开始第二阶段
ldr pc, =led_blink // ldr指令实现长跳转
// 汇编最后的这个死循环不能丢
b .
跳转到对应的函数去执行代码,还要注意,这部分代码没有头了,所以Makfefile文件,不需要使用mkimage工具制作校验头了
BL2.bin: start.o led.o
arm-linux-ld -Tlink.lds -o BL2.elf $^
arm-linux-objcopy -O binary BL2.elf BL2.bin
arm-linux-objdump -D BL2.elf > BL2_elf.dis
%.o : %.S
arm-linux-gcc -o $@ $< -c -nostdlib
%.o : %.c
arm-linux-gcc -o $@ $< -c -nostdlib
clean:
rm *.o *.elf *.bin *.dis mkx210 -f
3、主Makefile
all:
make -C ./BL1
make -C ./BL2
clean:
make clean -C ./BL1
make clean -C ./BL2
4、SD卡烧录脚本
#!/bin/sh
sudo dd iflag=dsync oflag=dsync if=./BL1/BL1.bin of=/dev/sdb seek=1
sudo dd iflag=dsync oflag=dsync if=./BL2/BL2.bin of=/dev/sdb seek=45
5、总结
我们这里使用的是分散加载的方式,比较麻烦:
代码完全分成2个部分,完全独立,代码的编写和组织上比较麻烦。分成了两个文件夹,两次编译。不方便。
这样的工程代码无法兼容不同的启动介质,比如无法移植到Nand启动、NorFlash启动等各种启动方式中。
uboot的做法:
程序仍然分成BL1和BL2,但是组织形式上不是分为两个部分,而是作为一个整体来组织,。
iROM启动后从SD卡的扇区1开始读取16KB的BL1,然后执行BL1,BL1负责初始化DDR,然后从SD卡中将读取整个程序(BL1+BL2)到DDR中,然后程序继续执行,一直到利用ldr pc,=main这种远跳转的方式跳转到DDR中执行BL2。
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