嵌入式處理器基于SPI引導(dǎo)的RAM 自檢論文
0 引言
隨著全球網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步擴(kuò)展到新終端設(shè)備和以前未連接的行業(yè)中，網(wǎng)絡(luò)安全對消費(fèi)者、企業(yè)和其他機(jī)構(gòu)變得越來越重要。人們越來越需要性能安全、價(jià)格便宜的裝置設(shè)備。為了降低成本， 往往需要簡化電路設(shè)計(jì)。例如，采用SPI 方式引導(dǎo)硬件，使用SPI Flash 作為存儲(chǔ)媒介，減少總線的布線，是簡化硬件電路的較好的方法。但采用SPI 方式引導(dǎo)硬件，需要將程序引導(dǎo)到DDR 內(nèi)存中,同時(shí)又需要對DDR 內(nèi)存進(jìn)行檢查,這就出現(xiàn)了矛盾。
1 基于SPI 的硬件引導(dǎo)
本文以一個(gè)實(shí)例，對嵌入式處理器基于SPI 引導(dǎo)硬件時(shí)如何進(jìn)行RAM 檢查進(jìn)行詳細(xì)的介紹。是嵌入式處理器使用SPI 引導(dǎo)的硬件框圖。硬件引導(dǎo)程序和系統(tǒng)程序放在SPI Flash 中，在上電引導(dǎo)后，系統(tǒng)程序會(huì)被搬移到DDR 空間，在D DR 空間運(yùn)行起來。現(xiàn)在以U-Boot 硬件引導(dǎo)程序?yàn)槔?介紹以SPI 引導(dǎo)模式引導(dǎo)系統(tǒng)硬件的情況。U-Boot 是德國DENX 小組的開發(fā)用于多種嵌入式CPU 的Bootloader 程序， 可以支持多種嵌入操作系統(tǒng)和多種處理器。編譯的U-Boot 程序， 往往是運(yùn)行在NOR Flash 或DDR 中的。但在基于SPI 引導(dǎo)時(shí)， 需要先從SPI Flash 往片內(nèi)RAM 里運(yùn)行一段程序， 將DDR 內(nèi)存檢查一遍， 然后再將U-Boot 引導(dǎo)到DDR 內(nèi)存中去運(yùn)行。
2 SPI 引導(dǎo)采用的數(shù)據(jù)格式
在TI 公司的DSP 及ARM 處理器，飛思卡爾公司POWERPC 及ARM 處理器， 都支持基于SPI 的引導(dǎo)模式。在這些處理器的片內(nèi)ROM 都包含基本的SPI 引導(dǎo)驅(qū)動(dòng)程序。本文以飛思卡爾公司的QorIQ P1010 處理器為例介紹其引導(dǎo)過程。P1010 片內(nèi)的SPI 驅(qū)動(dòng)程序能夠把SPI 接口Flash 中的程序拷貝到DDR 內(nèi)存或片內(nèi)RAM 中。不過，在拷貝之前，需要先對DDR 控制器或片內(nèi)RAM 進(jìn)行配置。這就需要定義一個(gè)特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，完成引導(dǎo)程序所需要的環(huán)境配置。對于不同的處理器，生產(chǎn)廠家定義的引導(dǎo)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是不同的。在P1010 處理器完成復(fù)位序列后，通過選擇使用處理器片內(nèi)ROM 的`SPI 引導(dǎo)配置程序，而后處理器內(nèi)核開始運(yùn)行該片內(nèi)ROM 程序， 配置SPI 控制器，并與外部的SPI Flash 通信，將程序拷貝出來并跳到指定的位置運(yùn)行時(shí)配置數(shù)據(jù)寫入此地址。當(dāng)最低位為1 時(shí)，配置地址域高30 bit 代表的是指令，此時(shí)配置數(shù)據(jù)寫入此地址。這樣的結(jié)構(gòu)讓用戶可以方便地配置4 B 對齊的內(nèi)存，完成控制指令操作，或定義程序配置階段的結(jié)束
當(dāng)CNT ( 最低位)=0 時(shí)， 則高30 bit 用作要寫入數(shù)據(jù)的地址，配置數(shù)據(jù)包含要寫入的數(shù)據(jù)。
當(dāng)CNT=1 時(shí)， 則高30 bit 用作控制指令。
當(dāng)EC=1 時(shí)， 代表配置階段結(jié)束指令。
當(dāng)DLY=1 時(shí)， 代表延時(shí)一定時(shí)間指令。
當(dāng)CF=1 時(shí)， 代表更改SPI 頻率的指令。
CNT 表示地址模式與指令模式的切換。
當(dāng)處理器內(nèi)核開始拷貝程序時(shí)， 先判斷0X40 位置的標(biāo)志是否正確， 如果正確， 先根據(jù)配置的地址/數(shù)據(jù)對的個(gè)數(shù)N 來配置一些外圍寄存器，然后從0X50 處指示的Flash 地址搬移用戶代碼數(shù)據(jù)到0X58 指示的地址。搬移完成后，從0X60 指示的地址開始運(yùn)行。將片內(nèi)運(yùn)行的這一段程序叫TPL 程序。
3 片內(nèi)RAM 運(yùn)行的TPL 程序
P1010 包含256 KB 的L2CACHE， 也可以當(dāng)片內(nèi)RAM 使用。要檢查DDR 內(nèi)存， 要先在片內(nèi)RAM 里運(yùn)行一小段TPL 程序。這一段程序是對基于DDR 引導(dǎo)程序U-Boot 的一個(gè)裁剪， 主要完成內(nèi)核的配置，初始化串口終端， 初始化DDR 內(nèi)存控制器， 然后檢查DDR 內(nèi)存。在這里不需要設(shè)置U-Boot 的環(huán)境變量，不需要配置以太網(wǎng)等其他的外圍器件。編譯后的TPL 目標(biāo)文件為uboot-tpl.bin 。TPL 程序的編譯按RAM 引導(dǎo)的方式處理。程序的開始地址設(shè)為：0xc0030000~0xc0038800 �，F(xiàn)在需要對編譯后的uboot-tpl.bin 進(jìn)行格式處理， 在其前面加上SPI 引導(dǎo)的可以識(shí)別的數(shù)據(jù)表頭，是按照(SPI 引導(dǎo)模式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)) 和( 配置地址域的數(shù)據(jù)格式) 完成的一個(gè)SPI 引導(dǎo)配置實(shí)例。在這個(gè)實(shí)例中， 將L2CACHE 設(shè)為片內(nèi)RAM， 開始地址設(shè)為0xc0000000 。這一部分空間在處理器內(nèi)核引導(dǎo)時(shí)已經(jīng)通過TLB 映射， 可以直接使用。
4 結(jié)論
嵌入式處理器在使用SPI 引導(dǎo)硬件時(shí)，先通過片內(nèi)RAM 運(yùn)行一段程序，對DDR 內(nèi)存進(jìn)行自檢，而后再將U-Boot 程序及環(huán)境變量引導(dǎo)到DDR 空間，把硬件系統(tǒng)引導(dǎo)起來。通過實(shí)例化的應(yīng)用，證明這在高性價(jià)比的嵌入式應(yīng)用中是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，不僅能提高系統(tǒng)的可靠性，而且簡單易行。
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