从NAND闪存中启动U-BOOT的设计

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摘要：本文介绍了S3C2410中nand闪存的工作原理，分析了从NAND闪存启动u-boot的设计思路，并着重描述了NAND闪存支持U-BOOT的程序设计，移植后U-BOOT在嵌入式系统中运行良好。

关键词：U-BOOT；NAND闪存；S3C2410；嵌入式系统

引言

随着嵌入式系统的日趋复杂，它对大容量数据存储的需求越来越紧迫。而嵌入式设备低功耗、小体积以及低成本的要求，使硬盘无法得到广泛的应用。NAND闪存设备就是为了满足这种需求而迅速发展起来的。目前关于U-BOOT的移植解决方案主要面向的是微处理器中的NOR闪存，如果能在微处理器上的NAND闪存中实现U-BOOT的启动，则会给实际应用带来极大的方便。

U―BooT简介

U-BOOT支持ARM、PowerPC等多种架构的处理器，也支持Linux、NetBSD和VxWorks等多种操作系统，主要用来开发嵌入式系统初始化代码bootloader。bootloader是芯片复位后进入操作系统之前执行的一段代码，完成由硬件启动到操作系统启动的过渡，为运行操作系统提供基本的运行环境，如初始化CPU、堆栈、初始化存储器系统等，其功能类似于PC机的BIOS。U-BOOT执行流程图如图1所示。

NAND闪存工作原理

S3C2410开发板的NAND闪存由NAND闪存控制器(集成在S3C2410 CPU中)和NAND闪存芯片(K9F1208UOA)两大部分组成。当要访问NAND闪存芯片中的数据时，必须通过NAND闪存控制器发送命令才能完成。所以，NAND闪存相当于S3C2410的一个外设，而不位于它的内存地址区。

NAND闪存(K9F1208UOA)的数据存储结构分层为：1设备(Device)=4096块(Block)；1块：32页／行(Page／row)；1页：528B=数据块(512B)+OOB块(16B)

在每一页中，最后16个字节(又称OOB)在NAND闪存命令执行完毕后设置状态，剩余512个字节又分为前半部分和后半部分。可以通过NAND闪存命令OOh／01h／50h分别对前半部、后半部、OOB进行定位，通过NAND闪存内置的指针指向各自的首地址。

NAND闪存的操作特点为：擦除操作的最小单位是块；NAND闪存芯片每一位只能从1变为0，而不能从0变为1，所以在对其进行写入操作之前一定要将相应块擦除；OOB部分的第6字节为坏快标志，即如果不是坏块该值为FF，否则为坏块；除OOB第6字节外，通常用OOB的前3个字节存放NAND闪存的硬件ECC(校验寄存器)码；

从NAND闪存启动U―BOOT的设计思路

如果S3C2410被配置成从NAND闪存启动，上电后，S3C2410的NAND闪存控制器会自动把NAND闪存中的前4K数据搬移到内部RAM中，并把0x00000000设置为内部RAM的起始地址，CPU从内部RAM的0x00000000位置开始启动。因此要把最核心的启动程序放在NAND闪存的前4K中。

由于NAND闪存控制器从NAND闪存中搬移到内部RAM的代码是有限的，所以，在启动代码的前4K里，必须完成S3C2410的核心配置，并把启动代码的剩余部分搬到RAM中运行。在U-BOOT中，前4K完成的主要工作就是U―BOOT启动的第一个阶段(stagel)。

根据u―BOOT的执行流程图，可知要实现从NAND闪存中启动u―BOOT，首先需要初始化NAND闪存，并从NAND闪存中把U-BOOT搬移到RAM中，最后需要让u―BOOT支持NAND闪存的命令操作。

结语

以往将U-BOOT移植到ARM9平台中的解决方案主要针对的是ARM9中的NOR闪存，因为NOR闪存的结构特点致使应用程序可以直接在其内部运行，不用把代码读到RAM中，移植过程相对简单。从NAND闪存中启动U-BOOT的设计难点在于NAND闪存需要把u―BOOT的代码搬移到RAM中，并要让U-BOOT支持NAND闪存的命令操作。本文介绍了实现这一设计的思路及具体程序。移植后，U-BOOT在嵌入式系统中运行良好。

注：“本文中所涉及的注解、图表、公式等请以PDF格式阅读原文。”