Nand Flash的VIVI装载器的解析及改进

Nand Flash的VIVI装载器的解析及改进

引言

　　在操作系统启动前，要先运行一段程序．这段程序就是BootLoader，即启动装载程序，它相当于PC机上的BIOS。通过这段程序，可以实现硬件设备的初始化，建立内存卒问映射等一系列初始化工作，从而将系统的软硬件环境初始化为一个合适的状态．以便为装载操作系统作好准备。在系统加电或复位后，CPU通常都是从一个预先定义的地址上取指令，而在嵌入式系统中，通常将某种类型的固态存储设备(如ROM、FIash等)映射到此地址处。通过烧写工具把BootLoader的映像烧写到这种固态存储设备上，在系统加电或复位后CPU就可以从这种固态存储设备上取指令执行BootLoader以实现系统的启动。由于在ROM及Flash等存储设备中程序的执行速度与效率不及程序在RAM中的执行速度与效率，因此在嵌入式程序设计中，通常都会有程序拷贝的操作。所谓程序拷贝，就是在程序运行过程中，通过软件的方法将周化在ROM或Flash中的程序拷贝到RAM中，然后再跳转到RAM相应地址继续执行程序。

　　1 系统硬件平台及VIVI简介

　　本实验平台的处理器采用的是SamSung公司的S3C2410．它是基于ARM920T内核的处理器，片外存储器采用了64MB的SDRAM、32MB的Nand Flash、2MB的Nor Flash及4KB的片上SRAM，其中SDRAM映射到基地址为Ox30000000的存储空间，本实验平台支持两种方式启动，即Nand FIash启动和Nor Flash启动，这两种启动方式以跳线方式进行选择。

　　VIVI是由韩国Mizi公司开发的一种针对ARM9的BootLoader，支持S3C2410。与其它的Boot loader相比，它具有容易理解，易于移植等优点。它有两种工作模式：启动加载模式和下载模式。它的启动分为两个阶段，Stage1阶段和Stage2阶段。Stage1主要用汇编语言编写，主要进行与CPU核有关的一些寄存器的配置以及进行一些必要的初始化工作，这部分代码与具体的CPU体系结构依赖性很大。Stage2用一般的C语言编写，用来实现一些初始化工作，如建立内存映射，初始化驱动等，这部分代码会被拷贝到RAM中执行。本文要研究和论述的主要在Stage1阶段。

　　2 Nand Flash启动过程分析

　　Nand Flash使用I/O口串行地存取数据，它不映射到存储空间中任何一个BANK区域上．对Nand Flash的渎写操作通过串行数据总线进行传输。Nand Flash以页(page)为单位进行读写，以块(block)为单位进行擦除，本文用到的Nand Flash页(page)大小为(512+16)Byte，块(block)大小等于32个页的大小。每页的最后16Byte不用于存储程序数据，它主要用于存储ECC校验、标志位等信息。对Nand Flash的操作主要是通过向Nand F1ash控制器发送命令来进行的，对不同型号的Nand Flash，其命令有所不同。由于Nand Flash以块(block)为单位进行擦除，以页为单位进行写入，所以擦除与写入的速度都很快。

　　由于Nand Flash不能芯片内执行，S3C2410必须提供一种机制支持从Nand Flash启动。S3C2410提供了这样一种机制，当设置为Nand flash启动时，系统加电或复位后，使能Nand Flash控制器的自动启动模式，Nand Flash中的前4KB代码自动地被拷贝到位于CPU内部的称为Steppingstone的SRAM中，这是启动代码的第一次拷贝，这次拷贝由硬件自动完成．然后这块SRAM被映射到存储空间中的0x00000000处，CPU从这个地址处开始执行启动代码。

　　由于CPU内部的SRAM仅有4KB，不能保证整个VIVI都被从Nand Flash中拷贝到CPU内部的SRAM中，所以这前4KB的代码要保证完成把整个VIVI从Nand Flash拷贝到执行效率更高的RAM中运行以及程序的跳转任务，此时从Nand Flash到SDARM的拷贝过程就是所谓的软件拷贝。

　　3 程序拷贝过程分析

　　3．1 VIVI的编译与链接

　　编泽器对程序的处理要经过预编译阶段、编译阶段、汇编阶段及链接阶段，每个目标文件都有一系列段(section)，输入文件的段(section)称为输入段(input section)．输出文件的段(section) 则称为输出段(output section)。在VIVI的链接过程中，用到了一个链接脚本文件，它描述了各个输入文件的各个段(section)如何映射到输出文件的各个(section)中，并控制输出文件中secrion和符号的内存布局，此内存布局决定了VlVI的运行时域。在此阶段，链接器LD利用链接脚本把各种目标文件和库文件链接起来，并重定向它们的数据，完成符号解析，最后把所有的目标文件链接成为一个可执行的目标文件，即为可烧写到Flash中的VIVI映像。针对本系统开发板的VIVI链接脚本对原链脚本进行了改进，添加了第<6>行，下文的论述会用到此处的变量vivi end。

　　<1>SECTIONS{

　　<2>．=0x33f00000；

　　<3>．text   ：{ * (．text)}

　　<4>．data ALlGN(4) ：{ * (．data)}

　　<5>．bss ALIGN(4)：{ * (．bss) * (COMMON)}

　　<6>vivi_end=．：

　　<7>}

　　其中：SECTIONS表示段。第<2>行表示当前地址为0x33f00000，它是text段的起始地址，也是运行时域的起始地址。第<3>行用了通配符*表示所有字符，这里的意思就是说指定的每个目标文件的text section的内容都放到同一个．text中。第<4>行表示指定的每个目标文件的data section的内容都放到问一个.data中，而且要四字节对齐。每<5>行表示指定的每个目标文件的bss section的内容都放到同一个．bss中，所有的普通符号都放到COMMON中，也要四字节对齐。第<6>行是把当前地址赋值给变量vivi_end，它也是运行时域的末地址。