什么是nor flash方式打开电源 浅谈nor flash原理及应用

　　本文主要是关于nor flash的相关介绍，并着重对nor flash打开电源方式及原理应用进行了详尽的阐述。

　　nor flash

　　nor flash是现在市场上两种主要的非易失闪存技术之一。Intel于1988年首先开发出NOR Flash 技术，彻底改变了原先由EPROM（Erasable Programmable Read-Only-Memory电可编程序只读存储器）和EEPROM（电可擦只读存储器Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory）一统天下的局面。紧接着，1989年，东芝公司发表了NAND Flash 结构，强调降低每比特的成本，有更高的性能，并且像磁盘一样可以通过接口轻松升级。NOR Flash 的特点是芯片内执行（XIP ，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。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到它的性能。NAND的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的管理需要特殊的系统接口。通常读取NOR的速度比NAND稍快一些，而NAND的写入速度比NOR快很多，在设计中应该考虑这些情况。

　　

　　flash闪存是非易失存储器，可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除。NAND器件执行擦除操作是十分简单的，而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为0。由于擦除NOR器件时是以64～128KB的块进行的，执行一个写入/擦除操作的时间为5s，与此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的块进行的，执行相同的操作最多只需要4ms。执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了NOR和NAND之间的性能差距，统计表明，对于给定的一套写入操作（尤其是更新小文件时），更多的擦除操作必须在基于NOR的单元中进行。这样，当选择存储解决方案时，设计师必须权衡以下的各项因素。l 、NOR的读速度比NAND稍快一些。2、 NAND的写入速度比NOR快很多。3 、NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。4 、大多数写入操作需要先进行擦除操作。5 、NAND的擦除单元更小，相应的擦除电路更少。此外，NAND的实际应用方式要比NOR复杂的多。NOR可以直接使用，并可在上面直接运行代码；而NAND需要I/O接口，因此使用时需要驱动程序。不过当今流行的操作系统对NAND结构的Flash都有支持。此外，Linux内核也提供了对NAND结构的Flash的支持。

　　什么是nor flash方式打开电源

　　flash闪存是非易失存储器，可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除。NAND器件执行擦除操作是十分简单的，而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为0。

　　norflash的启动方式

　　电子产品如果没有了电，就跟废品没什么区别，是电赋予了他们生命，然而程序则是他们的灵魂。

　　小时候一直很好奇，一个个死板的电子产品为什么一上电以后就能够工作了呢？为什么一个小小芯片就能够运行我们编写的程序呢？一个开发板从刚上电到整个操作系统能够运行起来是怎么办到的呢？这些东西困扰了好久，参考了好多资料现在才慢慢弄明白其中一些原理。

　　我们现在接触的大多数电子产品都是使用数字电路设计出来的，数字电路的精髓就是两个数字：0和1，这两个数字千变万化的组合创造了计算机世界的缤纷多彩，不管是cpu、内存还是其他外设都是通过0和1的变化来进行记录、交互以及计算。硬件是怎么操作这两个数字以及这两个数字是怎么控制硬件工作的，这里不进行讨论，那都是一些二极管、三极管、与非门、信号放大取样编码等等知识，所以这里将对一个个功能完整的芯片，从上电以后，他们通过电信号完成各种操作的过程进行解析。如果有玩过单片机的同学应该知道，一个cpu加上一个电源，然后外接一个外部晶振就能够做成一个最小系统了，单片机就能够在他可怜的64k或者128k内存中运行起来了，这些简单的控制芯片虽然有它的存在价值，但是它不能满足日益复杂的计算需求，所以需要更快的运算速度以及更大的运行内存，因此我们会用到更复杂的处理器，比如mips、arm等。下面将使用arm s3c2440 处理器分析上电启动的过程。

　　作为一个嵌入式产品，它的多样性让它更具有可玩性，以及更容易适应不同的需求，它不像我们的PC启动方式相对比较单一（ROM启动），arm启动方式有从norfalsh启动、nandflash启动、SD卡启动和UBS启动等，但是他们的启动原理都是大同小异的。

　　开始之前，先理清几个概念：

　　SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory）：同步动态随机存取存储器，同步是指Memory工作需要步时钟，内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准；动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失；随机是指数据不是线性依次存储，而是由指定地址进行数据读写，简单的说，它就是cpu使用的外部内存，即我们常说的内存条。

　　SRAM是英文Static RAM的缩写，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，速度比SDRAM快，一般用作高速缓冲存储器（Cache）。

　　norflash：非易失闪存，是一种外部存储介质，芯片内执行（XIP，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，由于它有地址总线，cpu可以直接从norflash中取指，直接从FLASH中运行程序，但是工艺复杂，价格比较贵，容量较小（1~4M），NOR的传输效率很高

　　nandflash：它也是非易失闪存（掉电不丢失）的一种，但是它虽然有数据总线，但是没有地址总线，所以cpu不能直接从nandflash中取指运行，由于它价格便宜，所以常常用来存储大量数据，和我们常说的硬盘类似。

　　下面将解析nandflash启动和norflash启动两种方式（arm s3c2440），其他启动方式将在uboot代码部分分析。

　　一、 Nandflash启动

　　首先必须把一个正确的bootload烧写到nandflash的最低位置，即从0x000开始烧写。当我们选择从nandflash启动开发板的时候，开发板就会启动连接nandflash的电路结构，当开发板一上电的时候，Nand Flash控制器会自动的把Nand Flash上的前4K数据搬移到CPU的内部RAM中（SRAM-cache），这个内部RAM我们通常称作stepping stone，同时把这段片内SRAM映射到nGCS0片选的空间（即0x00000000），CPU从内部RAM的0x00000000位置开始启动（执行），这个过程不需要程序干涉的。

　　这个过程就是启动过程的stage1，它将nandflash的前4看内容拷贝到stepping stone中，然后从stepping stone的第一条指令开始执行，这4k内容里面的指令将会完成以下几个动作：

　　1.硬件设备初始化

　　2. 加载U-Boot第二阶段代码到SDRAM空间

　　3. 设置好栈

　　4. 跳转到第二阶段stage2代码入口

　　从下图我们可以看到，板子重置以后，内存的映射关系。从图中可以看到以下几点：

　　1.刚开始bank0~bank5是只能映射SROM的，而bank6和bank7才能够接SDRM，而且每个bank最大接128M的SDRM，所以决定了S3C2440的最大可外接SDRAM是256M；

　　2.从图中我们可以看到bank6的起始地址是0x3000_0000， 所以我们在执行stage1的第二个动作（加载U-Boot第二阶段代码到SDRAM空间）时，需要将uboot代码放到0x3000_000~0x4000_0000区间内（SDRAM内），才能从SDRAM中正常执行stage2；

　　3.当没有选择从nandflash启动时，Boot internal SRAM（4k）的起始地址是0x4000_0000， 当选择从nandflash启动时，Boot internal SRAM（4k）的起始地址是0x00， 因为我们的开发板没有外接SROM，所以bank1~bank5都是空闲的，而bank0的位置将被Boot internal SRAM（4k）替代，也就是说bank0的前4k就是stepping stone（起步石），板子上电以后，在nandflash的启动模式下，S3C2440在硬件上会完成下图中的地址映射，并自动将nandflash中的前4k拷贝到stepping stone中，并从stepping stone的开始地址（0x00）获取到第一条指令并执行。

　　经过上面的分析后，我们可以将上面两图合并成下图所示：

　　前面说了nandflash启动过程中第一个代码搬移，下面将解析第二个代码搬移，这4k代码首先会设置cpu运行模式，关看门狗，设置时钟，关中断，初始化内存，初始化nandflash，设置堆栈，然后将整个bootload搬运到SDRAM中，并跳转到SDRAM中执行。

　　基本过程如下图所示：

　　关于4k代码的执行过程将会在后面详细解释，而且在新的uboot-2015中，这4k代码是由uboot_spl.bin完成的，下面将基于uboot-2015.10 列出uboot从上电到启动内核的整个过程进行概述：

　　二、norflash启动

　　其实理解了nandflash的启动方式，norflash的启动也就好理解多了，首先需要知道的是norflash是可以在片上执行代码（XIP）的，也就是说，我们只需要将bootload烧写到norflash的开始地址，当开发板上电以后，从内存映射图可以知道，nor flash会被映射到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，不会改变），然后cpu从0x00000000开始执行（也就是在Norfalsh中执行）整个uboot，直到引导内核启动。

　　从norflash启动可以省事多了，不仅如此，我们自己编写的裸机程序需要调试，一般也是直接烧写到norflash中进行的，因为只要我们将编译好的可执行文件放到norflash的开始，开发板上电以后就会从norflash的第一条指令开始取指执行，我们后面写裸机程序的调试就是用这种方式进行的。

　　从norflash启动虽然从开发的角度会很方便（其实也方便不了多少），但是从产品的角度却增加了它的成本，毕竟norflash还是相对较贵的，我们明明只要一块nandflash就足够启动整个开发板了，就没必要在产品中添加一块norflash了，只要代码改改就能省下不少成本，何乐不为。而且nandflash对产品是必不可少的，因为后面还要存放内核和文件系统，起码需要几十兆的空间，用norflash来存储也不现实。

　　也许你会想，能不能只用norflash，不用nandflash和SDRAM行不行呢，毕竟norflash即可以存储，也可以运行程序的啊，从理论来说是可以的，但是了解一下他们的市场价格、运行速度和工作原理，应该就会知道答案了。

　　结语

　　关于nor flash的相关介绍就到这了，如有不足之处欢迎指正。

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