No os hardware boot

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

无论是哪一种存储设备，内部的抽象结构是一样的，如下图所示

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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)？

1. 发出地址
2. 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)

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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？

1. CPU可以直接寻址的设备。
   
2. 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.

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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?

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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)

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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

第04节_具体单板的启动流程