[经验] 熟知ARM如何构架,了解嵌入式系统基本核心

2020-5-9 07:00:00  2438 ARM 嵌入式
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目前在嵌入式开发的过程中,开发者往往把大量精力投入到嵌入式微处理器 MPU(micro Processing Unit)与众多外设的连接方式以及应用代码的开发之中,而忽视了对嵌入式系统最基本、最核心部分的研究。

启动架构是嵌入式系统的关键技术。掌握启动架构对于了解嵌入式系统的运行原理有着重要的意义。嵌入式系统在启动时,引导代码、操作系统的运行和应用程序的加载主要有两种架构,一种是直接从 Nor Flash 启动的架构,另一种是直接从 Nand Flash 启动的架构。



需要注意的是,在嵌入式系统启动引导的过程中会有多种情况出现,如 vxWorks 的启动代码 bootrom 就有压缩和非压缩,驻留和非驻留方式之分,而操作系统本身也多以压缩映象方式,所以启动代码在执行和加载过程中需要根据不同的情况,作出相应的处理。

1 从 Nor Flash 启动
Nor Flash 具有内执行(XIP,eXecute In Place)的特点,在嵌入式系统中常做为存放启动代码的首选。从 Nor Flash 启动的架构又可细分为只使用 Nor Flash 的启动架构和 Nor Flash 与 Nand Flash 配合使用的启动架构。图 5 给出了这两种启动架构的原理框图。

1.1 单独使用 Nor Flash
在该架构中,引导代码、操作系统和应用代码共存于同一块 Nor Flash 中。系统上电后,引导代码首先在 Nor Flash 中执行,然后把操作系统和应用代码加载到速度更高的 SDRAM 中运行。另一种可行的架构是,在 Nor Flash 中执行引导代码和操作系统,而只将应用代码加载到 SDRAM 中执行。

该架构充分利用了 Nor Flash 芯片内执行的特点,可有效提升系统性能。不足在于随着操作系统和应用代码容量的增加,需要更大容量昂贵的 Nor Flash 来支撑。

1.2 Nor Flash 和 Nand Flash 配合使用
Nor Flash 的单独使用对于代码量较大的应用程序会增加产品的成本投入,一种的改进的方式是采用 Nor Flash 和 Nand Flash 配合使用的架构。在该架构中附加了一块 Nand Flash,Nor Flash(2M 或 4M)中存放启动代码和操作系统(操作系统可以根据代码量的大小选择存放于 Nor Flash 或者 Nand Flash),而 Nand Flash 中存放应用代码,根据存放的应用代码量的大小可以对 Nand Flash 容量做出相应的改变。

系统上电后,引导代码直接在 Nor Flash 中执行,把 Nand Flash 中的操作系统和应用代码加载到速度更高的 SDRAM 中执行。也可以在 Nor Flash 中执行引导代码和操作系统,而只将 Nand Flash 中的应用代码加载到 SDRAM 中执行。该架构是当前嵌入式系统中运用最广泛的启动架构之一。

1.3 从 Nand Flash 启动
有些处理器如 SamSung 公司的 ARM920T 系列处理器 S3C2410 支持从 Nand Flash 启动的模式,它的工作原理是将 NandFlash 中存储的前 4KB 代码装入一个称为 Steppingstone(BootSRAM)的地址中,然后开始执行该段引导代码,从而完成对操作系统和应用程序的加载。该方式需要处理器内部有 NAND 控制器,同时还要提供一定大小额外的 SRAM 空间,有一定的使用局限性,在实际开发中较少使用。

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