嵌入式設(shè)計：存儲器以及BootLoader的總結(jié)

　　在大學(xué)的時候很少關(guān)心單片機內(nèi)部存儲器的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用，只是大概的知道RAM和ROM的區(qū)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的就不了了知了。因此在接觸嵌入式的時候就會出現(xiàn)很多盲區(qū)。在此本人將工作三個多月以來接觸到的一些關(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(yīng)用

　　ROM和RAM指的都是半導(dǎo)體存儲器，ROM是ReadOnlyMemory的縮寫，RAM是RandomAccessMemory的縮寫。ROM在系統(tǒng)停止供電的時候仍然可以保持?jǐn)?shù)據(jù)，而RAM通常都是在掉電之后就丟失數(shù)據(jù)，典型的RAM就是計算機的內(nèi)存。

　　RAM有兩大類，一種稱為靜態(tài)RAM(StaticRAM/SRAM)，SRAM速度非?？?，是目前讀寫最快的存儲設(shè)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。另一種稱為動態(tài)RAM(DynamicRAM/DRAM)，DRAM保留數(shù)據(jù)的時間很短，速度也比SRAM慢，不過它還是比任何的ROM都要快，但從價格上來說DRAM相比SRAM要便宜很多，計算機內(nèi)存就是DRAM的。

　　DRAM分為很多種，常見的主要有FPRAM/FastPage、EDORAM、SDRAM、DDRRAM、RDRAM、SGRAM以及WRAM等。所謂內(nèi)存就是用來存放當(dāng)前正在使用的(即執(zhí)行中)的數(shù)據(jù)和程序，我們平常所提到的計算機的內(nèi)存指的是動態(tài)內(nèi)存(即DRAM)，動態(tài)內(nèi)存中所謂的“動態(tài)”，指的是當(dāng)我們將數(shù)據(jù)寫入DRAM后，經(jīng)過一段時間，數(shù)據(jù)會丟失，因此需要一個額外設(shè)電路進(jìn)行內(nèi)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(qū)別是，PROM是一次性的，也就是軟件灌入后，就無法修改了，這種是早期的產(chǎn)品，現(xiàn)在已經(jīng)不可能使用了，而EPROM是通過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是通過電子擦出，價格很高，寫入時間很長，寫入很慢。

　　簡單來說，最原始的單片機比如at89c51，內(nèi)部集成了ROM，RAM。ROM用來存儲編好的程序、常數(shù)、表格等，當(dāng)單片機掉電ROM中的數(shù)據(jù)不會丟失，因此單片機掉電再上電還會繼續(xù)運行;RAM可以存放用戶的臨時變量、還有單片機內(nèi)部的特殊寄存器等，單片機掉電后數(shù)據(jù)會丟失，當(dāng)在上電后程序執(zhí)行，重新初始化寄存器和變量的值。

　　在這里簡單說一下MCS-51的程序執(zhí)行流程，MCS-51單片機的存儲器組織結(jié)構(gòu)，采用典型的哈佛結(jié)構(gòu)，即程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器完全獨立，擁有各自的尋址系統(tǒng)，包括片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器與片外數(shù)據(jù)存儲器都擁有自己獨立的尋址系統(tǒng)。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這個單元，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器也有0000H這個單元，片外數(shù)據(jù)存儲器中還有0000H這個單元。

　　89S51片內(nèi)有4kB的程序存儲單元，其地址為0000H—0FFFH，單片機啟動復(fù)位后，程序計數(shù)器的內(nèi)容為0000H，所以系統(tǒng)將從0000H單元開始執(zhí)行程序。在這里會跳轉(zhuǎn)到main函數(shù)，但是據(jù)說在跳轉(zhuǎn)到main函數(shù)之前，還會做一些判斷的處理，具體沒有研究過。

　　Flash在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　現(xiàn)在很多的芯片內(nèi)部都是用flash，或者是外掛Flash來存儲程序。目前的Flash主要有兩種NORFlash和NADNFlash。

　　NORFlash的讀取和我們常見的SDRAM的讀取是一樣，用戶可以直接運行裝載在NORFLASH里面的代碼，這樣可以減少SRAM的容量從而節(jié)約了成本。

　　NANDFlash沒有采取內(nèi)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進(jìn)行的，通常是一次讀取512個字節(jié)，采用這種技術(shù)的Flash比較廉價。用戶不能直接運行NANDFlash上的代碼，因此好多使用NANDFlash的開發(fā)板除了使用NANDFlah以外，還作上了一塊小的NORFlash來運行啟動代碼。

　　一般小容量的用NORFlash，因為其讀取速度快，多用來存儲操作系統(tǒng)等重要信息，而大容量的用NANDFLASH。NORFlash可以擁有SDRAM的接口，擁有更多的地址線來方便讀取內(nèi)存中的每一個字節(jié);NANDflashAND結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達(dá)到高存儲密度，并且寫入和擦除的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于flash的管理和需要特殊的系統(tǒng)接口。

　　SerialFlash擁有spi的接口可以頁讀、任意地址讀。并且它可以有四線SPI，雙線SPI的DDR接口。它可以利用spi的外部地址總線的方式來直接在外部flash中運行程序，不過運行速度是個有待考慮的問題。

　　嵌入式BootLoader

　　在嵌入式中一些產(chǎn)品中，采用的啟動方式中，根據(jù)不同的芯片結(jié)構(gòu)而不同。拿計算機的啟動來說，計算機引導(dǎo)加載程序由BIOS和位于硬盤MBR中的OSBootLoader組成，其實BIOS就是一段固化程序，現(xiàn)在很多嵌入式的芯片內(nèi)部都會有一段類似的程序來，這段程序的用途通俗的講就是來加載BootLoader的。計算機也一樣，BIOS在完成系統(tǒng)硬件檢測和資源分配后，將硬盤MBR中的BootLoader讀到系統(tǒng)的RAM中，然后將控制權(quán)交給OSBootLoader，BootLoader的主要任務(wù)就是將內(nèi)核映像從硬盤讀到RAM中，然后跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核的入口點運行，即開啟操作系統(tǒng)。

　　我們常說的嵌入式的BootLoader其實就是和上面提到的OSBootLoader差不多，只不過很多嵌入式的CPU沒有BIOS那樣的固化程序，他們上電復(fù)位到0x0000000地址后一般是BootLoader的開始地址。有些嵌入式的CPU會有片內(nèi)的ROM，會有一段固化的程序，去加載BootLoader。

　　簡單來說BootLoader有兩種模式，一種叫做DownLoader，一種叫做loader;DownLoader這種模式中主要是程序員開發(fā)階段需要一種模式，這種模式主要是通過調(diào)試器將程序代碼下載到內(nèi)部RAM中去，然后通過BootLoader寫到目標(biāo)機的Flash或者其他存儲設(shè)備中去。這種模式只是在開發(fā)人員在項目開發(fā)階段使用的一種模式。在項目完成后的成品中，BootLoader會一直工作在loader模式中。其大概做的事情就是硬件設(shè)備初始化，為BootLoader以后的工作設(shè)定先決條件;設(shè)置堆棧、檢測系統(tǒng)內(nèi)存映射，將系統(tǒng)映像或者程序代碼段從Flash上讀取到內(nèi)部RAM中，有的系統(tǒng)會加載到SDRAM中，還有的會直接在外部FLASH上運行。