NAND Flash启动原理与引导加载程序解析

NAND Flash 启动过程详解 在嵌入式系统中，NAND Flash 是一种常见的非易失性存储器，主要用于存储固件和大型数据。与 NOR Flash 相比，NAND Flash 具有更高的存储密度和更低的成本，但它的访问方式更为复杂，不支持直接执行程序。在系统启动过程中，如果内部没有 ROM 或 ROM 没有预装 Bootloader，通常需要从 NOR Flash 启动。然而，三星 S3C2410 芯片允许直接从 NAND Flash 启动。 NAND Flash 的启动机制涉及到多个步骤。首先，因为 NAND Flash 的地址线和数据线是复用的，需要通过特定的命令序列来读取数据，而不是简单的提供地址。这就意味着，当处理器尝试从 NAND Flash 读取程序时，必须先发送一个命令，然后给出地址，才能获取数据。这个过程相比 NOR Flash 的直接访问更为复杂。 在 S3C2410 中，启动时会将 NAND Flash 第一块的前4KB数据复制到内部 SRAM 中，这是因为 NAND Flash 地址是非线性的，程序不能直接在 NAND Flash 上运行，必须先将其拷贝到线性 RAM（如 SRAM 或 SDRAM）中。这个初始的引导程序通常非常小，其任务是加载更大的 Bootloader 或主程序到 SDRAM 中，然后跳转到 SDRAM 中执行。 Bootloader 如 nboot 和 eboot 在启动流程中扮演关键角色。nboot 是从 NAND Flash 读取 image（镜像文件）到内存并执行，而 eboot 则是从网络（通过 TFTP 协议）下载 image 到内存执行。在实际应用中，通常会将 nboot.nb0 烧录到 NAND Flash 的第0块，eboot.nb0 烧录到第2块。启动时，nboot 会读取并执行 eboot，这样就可以通过网络下载其他程序（如 nk.bin）到目标板上执行。 NAND Flash 的这种启动方式对于那些希望节省成本、提高产品竞争力的嵌入式系统设计者来说至关重要。尤其是在没有片上存储器支持的情况下，需要设计一个能有效管理 NAND Flash 访问的控制器。这个控制器不仅需要处理 NAND Flash 的复杂命令序列，还要确保与处理器的协同工作，以实现系统的顺利启动。 在本文所讨论的基于 ARM7TDMI 的 SoC 芯片上，NAND Flash 控制器的结构是为了适应 NAND Flash 的独特操作模式。控制器设计需要考虑到如何优化数据传输效率，减少错误，以及在没有额外存储器辅助时，如何有效地将 NAND Flash 中的数据加载到处理器可执行的位置。 NAND Flash 启动涉及 Bootloader、内存管理、地址线和数据线的复用以及控制器的复杂设计。理解这一过程对于嵌入式系统的开发和调试至关重要，特别是对于那些依赖 NAND Flash 存储代码和数据的低成本、高性能应用。