ARM嵌入式最小系統的軟硬件架構的改進(jìn)研究

(2)運用邏輯運算方式進(jìn)行連接

在該方式下，處理器的讀和寫(xiě)使能信號通過(guò)與片選信號CS進(jìn)行邏輯運算后去驅動(dòng)NAND設備對應的讀和寫(xiě)信號。圖3中b例為SamSung公司ARM7TDMI系列處理器S3C44B0與Nand Flash K9F2808U0C的連接方式。

(3)直接芯片使能

有些ARM處理器如S3C2410內部提供對NAND設備的相應控制寄存器，通過(guò)控制寄存器可以實(shí)現ARM處理器對NAND設備相應信號的驅動(dòng)。該方式使得ARM處理器與NAND設備的連接變得簡(jiǎn)單規范，圖3中c例給出了ARM處理器S3C2410與Nand Flash K9F2808U0C的連接方式。

3.3 ARM處理器與SDRAM接口技術(shù)

嵌入式最小系統的外部動(dòng)態(tài)存儲器模塊一般采用SDRAM?，F在的大多數ARM處理器內部都集成有SDRAM控制器，通過(guò)它可以很容易的訪(fǎng)問(wèn)SDRAM內部的每一個(gè)字節。在實(shí)際開(kāi)發(fā)中可以根據需要選用一片或多片SDRAM。圖4中給出了兩種常用的接口方式。

(1)單片SDRAM

圖4 中a例為 ARM處理器S3C44B0與一個(gè)16bit的SDRAM K4S641632d的連接方式。在對尺寸有嚴格限制且對動(dòng)態(tài)存儲器容量要求不高的嵌入式系統中常采用此種連接方式。

(2)雙片16bit SDRAM結合使用

在雙片16bit SDRAM合成一個(gè)32bit SDRAM使用時(shí)，ARM處理器的地址線(xiàn)A2接SDRAM的地址線(xiàn)A0,其余地址依次遞增，這是因為在SDRAM中字節是存儲容量的惟一單位，而此時(shí)SDRAM為32bit位寬。

SDRAM的BA地址線(xiàn)是其內部Bank的地址線(xiàn)，代表了SDRAM內存的最高位。在圖4中b例的SDRAM總大小是64M(64M= )，需要A25-A0引腳來(lái)尋址，所以BA1-BA0連接到了A25-A24引腳上。還需注意的是SDRAM內存行地址和列地址是復用的，所以地址線(xiàn)的數目一般少于26條，具體連接需要參考ARM處理器和SDRAM的相關(guān)手冊。

值得注意的是，有些ARM處理器如SamSung公司的ARM940T系列處理器S3C2510 ，其地址總線(xiàn)與其它標準ARM處理器不太一樣，它的地址線(xiàn)分為內部地址線(xiàn)和外部地址線(xiàn)兩種類(lèi)型。根據所連接的存儲器數據總線(xiàn)寬度，內部地址線(xiàn)進(jìn)行相應的移位，對應到外部地址線(xiàn)A23-A0,從而對外提供固定的地址線(xiàn)A23-A0。其實(shí)質(zhì)與典型的ARM處理器是一致的。

4. 嵌入式系統啟動(dòng)架構

啟動(dòng)架構是嵌入式系統的關(guān)鍵技術(shù)。掌握啟動(dòng)架構對于了解嵌入式系統的運行原理有著(zhù)重要的意義。嵌入式系統在啟動(dòng)時(shí)，引導代碼、操作系統的運行和應用程序的加載主要有兩種架構，一種是直接從Nor Flash啟動(dòng)的架構，另一種是直接從Nand Flash啟動(dòng)的架構。

需要注意的是，在嵌入式系統啟動(dòng)引導的過(guò)程中會(huì )有多種情況出現，如vxWorks的啟動(dòng)代碼BootRom就有壓縮和非壓縮，駐留和非駐留方式之分，而操作系統本身也多以壓縮映象方式存儲，所以啟動(dòng)代碼在執行和加載過(guò)程中需要根據不同的情況，作出相應的處理。

4.1從Nor Flash啟動(dòng)

Nor Flash具有芯片內執行(XIP，eXecute In Place)的特點(diǎn)，在嵌入式系統中常做為存放啟動(dòng)代碼的首選。從Nor Flash啟動(dòng)的架構又可細分為只使用Nor Flash的啟動(dòng)架構和Nor Flash與Nand Flash配合使用的啟動(dòng)架構。圖5 給出了這兩種啟動(dòng)架構的原理框圖。

4.1.1單獨使用Nor Flash

在該架構中，引導代碼、操作系統和應用代碼共存于同一塊Nor Flash中。系統上電后，引導代碼首先在Nor Flash中執行，然后把操作系統和應用代碼加載到速度更高的SDRAM中運行。另一種可行的架構是，在Nor Flash中執行引導代碼和操作系統，而只將應用代碼加載到SDRAM中執行。

該架構充分利用了Nor Flash芯片內執行的特點(diǎn)，可有效提升系統性能。不足在于隨著(zhù)操作系統和應用代碼容量的增加，需要更大容量昂貴的Nor Flash來(lái)支撐。

4.1.2 Nor Flash和Nand Flash配合使用

Nor Flash的單獨使用對于代碼量較大的應用程序會(huì )增加產(chǎn)品的成本投入，一種的改進(jìn)的方式是采用Nor Flash 和Nand Flash配合使用的架構。在該架構中附加了一塊Nand Flash，Nor Flash(2M或4M)中存放啟動(dòng)代碼和操作系統(操作系統可以根據代碼量的大小選擇存放于Nor Flash或者Nand Flash)，而Nand Flash中存放應用代碼，根據存放的應用代碼量的大小可以對Nand Flash容量做出相應的改變。

系統上電后，引導代碼直接在Nor Flash中執行，把Nand Flash中的操作系統和應用代碼加載到速度更高的SDRAM中執行。也可以在Nor Flash中執行引導代碼和操作系統，而只將Nand Flash中的應用代碼加載到SDRAM中執行。該架構是當前嵌入式系統中運用最廣泛的啟動(dòng)架構之一。

4.1.2從Nand Flash啟動(dòng)

有些處理器如SamSung公司的ARM920T系列處理器S3C2410支持從Nand Flash啟動(dòng)的模式，它的工作原理是將NandFlash中存儲的前4KB代碼裝入一個(gè)稱(chēng)為Steppingstone(BootSRAM)的地址中，然后開(kāi)始執行該段引導代碼，從而完成對操作系統和應用程序的加載。該方式需要處理器內部有NAND控制器，同時(shí)還要提供一定大小額外的SRAM空間，有一定的使用局限性，在實(shí)際開(kāi)發(fā)中較少使用。

5. 結束語(yǔ)

本文作者創(chuàng )新點(diǎn)：根據ARM體系結構的相通性，以基于A(yíng)RM的嵌入式最小系統為平臺，從硬件和軟件兩方面對其架構進(jìn)行了研究。硬件方面就ARM處理器與常用外部存儲器的接口方式進(jìn)行了闡述，軟件方面給出了嵌入式最小系統典型的啟動(dòng)架構及其選擇標準。