没有操作系统硬件启动
第01节_XIP的概念
who runs programe? 我们常说运行程序,程序通过cpu运行,保存在存储设备上。
存储设备有多种,如下分类
|----hard dsik
|----sd card
|----Flash
|----Nor Flash
|----Nand FLash
比如,第0个存储空间存放的0x31这个数据,第一个存储空间存放的0x30这个数据
如何访问存储空间,通过访问每行左上角的编号去访问里面的数据,称这些编号为地址,而编号对应的数值,称为数据
如何访问存储设备(就是为了读写某一个存储空间)?
- 发出地址
- 读数据(从设备里面范围给CPU)/写数据(从CPU发给存储设备)
地址和数据如何传输?
如果地址和数据直接来自CPU,或者说数据直接发给CPU,那么这个存储设备,我们就称为XIP device(cpu可以直接访问存储设备)
按照正常的执行流程,cpu和存储设备之间还会有内存控制器
U盘的内部存储结构
如何访问U盘的内部存储结构 U盘对外只有5条线,cpu不可能直接发数据给u盘的,中间需要引入一个USB控制器 cpu可以直接访问到usb控制器,通过usb控制器发送符合U盘传输协议的信息,间接的访问U盘数据。所以usb设备不是XIP device
如何识别一个存储设备是否是XIP设备?
- CPU可以直接寻址的设备。
- 看是否有分开的地址总线和数据总线。
CPU通过SPI控制器才能得到spiflash中的数据,所以,spi flash不是XIP device.
对于SD card也是类似的,CPU需要通过SD/MMC Controller才能把地址发给SD card, 也必须通过SD/MMC Controller得到里面的数据并执行,所以SDcard不是XIP device
第02节_嵌入式系统硬件组成
一句话引出整个嵌入式系统: 支持多种设备启动
问题引出:
- a.系统支持SPI FLASH启动.这意味着可以运行SPI FLASH上的代码.
the system can boot from spi flash,so it needs to run code on spi flash
- b.但是SPI FLASH不是XIP设备, cpu无法直接执行里面的代码
but the spi flash isn't xip device,cpu can't run code on spi flash directly
那么问题来了:
CPU如何执行SPI FLASH上的代码?
一上电, CPU执行的第1个程序、第1条指令在哪里?
答案:
- a.ARM板子支持多种启动方式:XIP设备启动、非XIP设备启动等等。
比如:Nor Flash、SD卡、SPI Flash, 甚至支持UART、USB、网卡启动。
这些设备中,很多都不是XIP设备。
问:既然CPU无法直接运行非XIP设备的代码,为何可以从非XIP设备启动?
答:上电后,CPU运行的第1条指令、第1个程序,位于片内ROM中,它是XIP设备。
这个程序会执行必要的初始化,
比如设置时钟、设置内存;
再从"非XIP设备"中把程序读到内存;
最后启动这上程序。
猜测: ARM芯片内部有很多部件,这是一个片上系统(System on chip),比如有:
cpu rom ram memory controller --- ddr sd/mmc controller --- sd card spi controller --- spi flash usb controller --- usb storage device uart controller ...... interrtupt controller
b. 跟PC的类比:
CPU ---- 单独的芯片 启动设备 ---- BIOS芯片 DDR ---- 单独的可拔插式模块 存储设备 ---- SATA硬盘,可拔插 usb controller ...
第03节_SOC框架
tu 1.............................
主芯片内部有ROM,ROM程序协助从非XIP设备启动。
以SD卡启动为例。
CPU只能运行XIP设备中的程序
ROM程序做什么?
显然:ROM需要把SD卡上的程序读到内存里(片内RAM或是片外的DDR)
ROM程序要做的事情:
- a. 初始化硬件
初始化时钟,提高CPU、外设速度
初始化内存:DDR需要初始化才能使用
初始化其他硬件,比如看门狗、SD卡控制器等
- b. 从外设把程序复制到内存,拷贝过程无外乎三个要素:
src(源) dest(目的) len(长度)
| | |
| | |->长度需要指定
| |---->拷贝到ram 或者DDR只需要指定一个地址即可
| |b.2 内存那么大,把程序从SD卡等设备,复制到内存哪个位置?复制多长?
| |-->烧写在SD卡等设备上的程序,含有一个头部信息,里面指定了内存地址和长度;或
| |-->不给客户选择,程序被复制到内存固定的位置,长度也固定。
|---->从哪一个设备拷贝代码
|b.1支持那么多的启动方式,SD卡、SPI FLASH、USB DISK,怎么选择?
|-->通过跳线,选择某个设备;或
|-->通过跳线,选择一个设备列表,按列表顺序逐个尝试或
|-->不让客户选择,按固定顺序逐个尝试
b.3 程序在SD卡上怎么存?
原始二进制(raw bin),
或
作为一个文件保存在分区里
解释如下图:假设为1GB SD卡,在512前面的地方有分区表,表示U盘或者SD卡分为几个区
tu2...............
可以把程序或者头部加程序烧写在某一个地址处 row.bin,也可以作为一个文件通过window访问拷贝到某个分区内file.bin
使用那种方式来保存启动代码,由Boot Rom能力决定
如果Boot Rom能力比较强,可以识别分区,解析文件系统,那么他可以读取分区里的程序,就可以支持文件方式存储那些启动程序
如果Boot Rom能力比较弱,只能读取SD卡 U盘里的原始数据,没有能力去解析分区,解析文件系统,那么就支持raw bin方式
- c. 执行新程序:跳到目的地执行程序