嵌入式存儲器以及BootLoader的一些總結

我在大學(xué)的時(shí)候很少關(guān)心單片機內部存儲器的結構及應用，只是大概的知道RAM和ROM的區別，甚至只是知道程序下載到ROM中就能運行了。其他的如何工作程序如何啟動(dòng)的就不了了知了。因此在接觸嵌入式的時(shí)候就會(huì )出現很多盲區。在此本人將工作三個(gè)多月以來(lái)接觸到的一些關(guān)于嵌入式新的理解分享給大家，有什么錯誤的地方在所難免，希望大家給予指正。

RAM和ROM在單片機中的相關(guān)應用

ROM和RAM指的都是半導體存儲器，ROM是Read Only Memory的縮寫(xiě)，RAM是Random Access Memory的縮寫(xiě)。ROM在系統停止供電的時(shí)候仍然可以保持數據，而RAM通常都是在掉電之后就丟失數據，典型的RAM就是計算機的內存。

RAM有兩大類(lèi)，一種稱(chēng)為靜態(tài)RAM（Static RAM/SRAM），SRAM速度非?？?，是目前讀寫(xiě)最快的存儲設備了，但是它也非常昂貴，所以只在要求很苛刻的地方使用，譬如CPU的一級緩沖，二級緩沖。另一種稱(chēng)為動(dòng)態(tài)RAM（Dynamic RAM/DRAM），DRAM保留數據的時(shí)間很短，速度也比SRAM慢，不過(guò)它還是比任何的ROM都要快，但從價(jià)格上來(lái)說(shuō)DRAM相比SRAM要便宜很多，計算機內存就是DRAM的。

DRAM分為很多種，常見(jiàn)的主要有FPRAM/FastPage、EDORAM、SDRAM、DDR RAM、RDRAM、SGRAM以及WRAM等。所謂內存就是用來(lái)存放當前正在使用的（即執行中）的數據和程序，我們平常所提到的計算機的內存指的是動(dòng)態(tài)內存（即DRAM），動(dòng)態(tài)內存中所謂的"動(dòng)態(tài)"，指的是當我們將數據寫(xiě)入DRAM后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，數據會(huì )丟失，因此需要一個(gè)額外設電路進(jìn)行內存刷新操作。

ROM也有很多種，PROM是可編程的ROM，PROM和EPROM（可擦除可編程ROM）兩者區別是，PROM是一次性的，也就是軟件灌入后，就無(wú)法修改了，這種是早期的產(chǎn)品，現在已經(jīng)不可能使用了，而EPROM是通過(guò)紫外光的照射擦出原先的程序，是一種通用的存儲器。另外一種EEPROM是通過(guò)電子擦出，價(jià)格很高，寫(xiě)入時(shí)間很長(cháng)，寫(xiě)入很慢。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，最原始的單片機比如at89c51，內部集成了ROM，RAM。ROM用來(lái)存儲編好的程序、常數、表格等，當單片機掉電ROM中的數據不會(huì )丟失，因此單片機掉電再上電還會(huì )繼續運行；RAM可以存放用戶(hù)的臨時(shí)變量、還有單片機內部的特殊寄存器等，單片機掉電后數據會(huì )丟失，當在上電后程序執行，重新初始化寄存器和變量的值。

在這里簡(jiǎn)單說(shuō)一下MCS-51的程序執行流程，MCS-51單片機的存儲器組織結構，采用典型的哈佛結構，即程序存儲器和數據存儲器完全獨立，擁有各自的尋址系統，包括片內數據存儲器與片外數據存儲器都擁有自己獨立的尋址系統。所以，在地址空間上允許重疊。如：程序存儲器的地址空間中有0000H這個(gè)單元，片內數據存儲器也有0000H這個(gè)單元，片外數據存儲器中還有0000H這個(gè)單元。

89S51片內有4kB的程序存儲單元，其地址為0000H—0FFFH，單片機啟動(dòng)復位后，程序計數器的內容為0000H，所以系統將從0000H單元開(kāi)始執行程序。在這里會(huì )跳轉到main函數，但是據說(shuō)在跳轉到main函數之前，還會(huì )做一些判斷的處理，具體沒(méi)有研究過(guò)。

Flash在嵌入式系統中的應用

現在很多的芯片內部都是用flash，或者是外掛Flash來(lái)存儲程序。目前的Flash主要有兩種NOR Flash和NADN Flash。

NOR Flash的讀取和我們常見(jiàn)的SDRAM的讀取是一樣，用戶(hù)可以直接運行裝載在NOR FLASH里面的代碼，這樣可以減少SRAM的容量從而節約了成本。

NAND Flash沒(méi)有采取內存的隨機讀取技術(shù)，它的讀取是以一次讀取一塊的形式來(lái)進(jìn)行的，通常是一次讀取512個(gè)字節，采用這種技術(shù)的Flash比較廉價(jià)。用戶(hù)不能直接運行NAND Flash上的代碼，因此好多使用NAND Flash的開(kāi)發(fā)板除了使用NAND Flah以外，還作上了一塊小的NOR Flash來(lái)運行啟動(dòng)代碼。

一般小容量的用NOR Flash，因為其讀取速度快，多用來(lái)存儲操作系統等重要信息，而大容量的用NAND FLASH。NOR Flash可以擁有 SDRAM的接口，擁有更多的地址線(xiàn)來(lái)方便讀取內存中的每一個(gè)字節；NAND flash AND結構能提供極高的單元密度，可以達到高存儲密度，并且寫(xiě)入和擦除的速度也很快。應用NAND的困難在于flash的管理和需要特殊的系統接口。

Serial Flash 擁有spi的接口可以頁(yè)讀、任意地址讀。并且它可以有四線(xiàn)SPI，雙線(xiàn)SPI的DDR接口。它可以利用spi的外部地址總線(xiàn)的方式來(lái)直接在外部flash中運行程序，不過(guò)運行速度是個(gè)有待考慮的問(wèn)題。

嵌入式Boot Loader

在嵌入式中一些產(chǎn)品中，采用的啟動(dòng)方式中，根據不同的芯片結構而不同。拿計算機的啟動(dòng)來(lái)說(shuō)，計算機引導加載程序由BIOS和位于硬盤(pán)MBR中的OS Boot Loader組成，其實(shí)BIOS就是一段固化程序，現在很多嵌入式的芯片內部都會(huì )有一段類(lèi)似的程序來(lái)，這段程序的用途通俗的講就是來(lái)加載Boot Loader的。計算機也一樣，BIOS在完成系統硬件檢測和資源分配后，將硬盤(pán)MBR中的Boot Loader讀到系統的RAM中，然后將控制權交給OS Boot Loader，Boot Loader的主要任務(wù)就是將內核映像從硬盤(pán)讀到RAM中，然后跳轉到內核的入口點(diǎn)運行，即開(kāi)啟操作系統。

我們常說(shuō)的嵌入式的Boot Loader其實(shí)就是和上面提到的OS Boot Loader差不多，只不過(guò)很多嵌入式的CPU沒(méi)有BIOS那樣的固化程序，他們上電復位到0x0000000地址后一般是Boot Loader的開(kāi)始地址。有些嵌入式的CPU會(huì )有片內的ROM，會(huì )有一段固化的程序，去加載Boot Loader。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)Boot Loader有兩種模式，一種叫做Down Loader，一種叫做loader；DownLoader這種模式中主要是程序員開(kāi)發(fā)階段需要一種模式，這種模式主要是通過(guò)調試器將程序代碼下載到內部RAM中去，然后通過(guò)Boot Loader 寫(xiě)到目標機的Flash或者其他存儲設備中去。這種模式只是在開(kāi)發(fā)人員在項目開(kāi)發(fā)階段使用的一種模式。在項目完成后的成品中，Boot Loader會(huì )一直工作在loader 模式中。其大概做的事情就是硬件設備初始化，為Boot Loader以后的工作設定先決條件；設置堆棧、檢測系統內存映射，將系統映像或者程序代碼段從Flash上讀取到內部RAM中，有的系統會(huì )加載到SDRAM中，還有的會(huì )直接在外部FLASH上運行。