一.主流的外存裝置發展及介紹

2017/12/12 23:08

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1.首先，清楚記憶體和外存的區別：

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一般是把這種RAM(random access memory,隨機訪問儲存器，特點是任意位元組讀寫，掉電丟失)叫記憶體，
把ROM（read only memory，只讀儲存器，類似於Flash SD卡之類的，用來儲存東西，掉電不丟失，不能隨機地址訪問，只能以塊為單位來訪問）叫外存

2.儲存裝置按發展趨勢分類：

● 磁儲存裝置：軟盤、硬碟、光碟、CD、磁帶
● Flash：NandFlash、NorFlash
缺點：時序複雜，無壞塊處理機制，介面不統一
NandFlash：MLC（可靠性差，容量大）、SLC（可靠性高、容量小）
現在基本都在發展MLC技術
● 擴充套件卡式Flash：SD卡、MMC卡、MicroSD（TF卡）
內部為NnadFlash儲存顆粒，外部封裝了介面，介面標準統一、通用。
缺點：頻繁使用導致卡槽接觸不可靠
● iNand、MoviNand、eSSD：
內部為NandFlash晶片，整合塊裝置儲存單元，集成了擴充套件卡式Flash 的優點
介面標準統一（時序、物理封裝、引腳定義），以晶片級封裝釋出
晶片內部具有Flash管理模組：具有能壞塊管理等功能
● SSD：固態硬碟
內部為NandFlash晶片，外部封裝為硬碟介面
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3.SD卡簡介

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SD卡是具有大容量、高效能、安全等多種特點的多功能儲存卡，它比MMC卡多了一個進行資料著作權保護的暗號認證功能(SDMI規格)，讀寫速度比MMC卡要快4倍，達2M/秒。
SD插槽支援MMC卡。
SD卡和Nand、Nor等Flash晶片差異
(1)SD卡/MMC卡等卡類有統一的介面標準，而Nand晶片沒有統一的標準（各家產品會有差異）

二. SD卡程式設計介面

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1.SD卡3種模式的引腳定義

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SD卡的引腳介面支援兩種通訊協議：SD協議和SPI協議。
SPI協議是微控制器中廣泛使用的一種通訊協議，介面時序簡單，是一種低速通訊協議。
SD通訊協議是一個統一標準的通訊協議。SoC通過SD卡的九針引腳以SD/SPI協議向SD卡管理模組傳送命令、時鐘、資料等資訊，需要按照時序處理操作SD卡。
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2.S5PV210的SD/MMC控制器

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(1)SD協議要求SoC中有SD控制器，資料手冊Section8.7，為SD/MMC控制器介紹。
(2)SD卡內部除了儲存單元Flash外，還有SD卡管理模組，我們SoC和SD卡通訊時，通過9針引腳以SD協議/SPI協議向SD卡管理模組傳送命令、時鐘、資料等資訊，然後從SD卡返回資訊給SoC來互動。工作時每一個任務（譬如初始化SD卡、譬如讀一個塊、譬如寫、譬如擦除····）都需要一定的時序來完成（所謂時序就是先向SD卡傳送xx命令，SD卡回xx訊息，然後再向SD卡傳送xx命令····）

三.SD卡啟動流程1

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1.S5PV210的啟動過程回顧

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(1)210啟動首先執行內部的iROM（也就是BL0），BL0會判斷OMpin來決定從哪個裝置啟動，如果啟動裝置是SD卡，則BL0會從SD卡讀取前16KB（不一定是16，反正16是工作的）到SRAM中去啟動執行（這部分就是BL1，這就是steppingstone技術）
(2)BL1執行之後剩下的就是軟體的事情了，SoC就不用再去操心了
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2.SD卡啟動流程（bin檔案小於16KB時和大於16KB時）

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(1)啟動的第一種情況是整個映象大小小於16KB。這時候相當於我的整個映象作為BL1被steppingstone直接硬體載入執行了而已。
(2)啟動的第二種情況就是整個映象大小大於16KB。（只要大於16KB，哪怕是17KB，或者是700MB都是一樣的）這時候就要把整個映象分為2部分：第一部分16KB大小，第二部分是剩下的大小。然後第一部分作為BL1啟動，負責去初始化DRAM並且將第二部分載入到DRAM中去執行（uboot就是這樣做的）。
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3.最重要的但是卻隱含未講的東西

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(1)問題：iROM究竟是怎樣讀取SD卡/NandFlash的？
(2)三星在iROM中事先內建了一些程式碼去初始化外部SD卡/NandFlash，並且內建了讀取各種SD卡/NandFlash的程式碼在iROM中。BL0執行時就是通過呼叫這些device copy function來讀取外部SD卡/NandFlash中的BL1的。
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4.S5PV210讀取Flash裝置資料的方式

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三星系列SoC支援SD卡/NandFlash啟動，主要是依靠SteppingStone技術，具體能支援steppingstone技術的是內部的iROM程式碼。
S5PV210內部iROM內部固化了多個裝置拷貝函式，這些函式支援從SD/MMC、eMMC、OneNand、eSSD裝置拷貝資料到SDRAM中。

裝置拷貝函式說明如下：
● NF8_ReadPage_Adv（0xD0037F90）：2K、4K，8bit匯流排
● NF16_ReadPage_Adv（0xD0037F94）：2K，5 cycle ，16位匯流排
● CopySDMMCtoMem（0xD0037F98）：從SD/MMC裝置拷貝到SDRAM
● CopyMMC4_3toMem（0xD0037F9C）:從eMMC裝置拷貝到SDRAM
● CopyOND_ReadMultiPages（0xD0037FA0）：從OneNand裝置拷貝到SDRAM
● CopyOND_ReadMultiPages_Adv（0xD0037FA4）：從OneNand裝置拷貝到SDRAM
● Copy_eSSDtoMem（0xD0037FA8）： 從eSSD裝置拷貝SDRAM（CPUPIO模式）
● Copy_eSSDtoMem_Adv（0xD0037FAC）：從eSSD拷貝SDRAM（UDMA）
● NF8_ReadPage_Adv128p（0xD0037FB0）：每塊128頁，每頁2K的Nand

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四.S5PV210讀取SD卡資料的方式

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1.CopySDMMCtoMem函式解讀：

#define CopySDMMCtoMem(z,a,b,c,e) (((bool(*)(int, unsigned int, unsigned short, unsigned int*, bool))(*((unsigned int *)0xD0037F98)))(z,a,b,c,e))

● 引數1：SD卡通道,0或者2通道，我們板子SD卡通道為2
● 引數2：塊起始地址（塊地址）
● 引數3：拷貝塊的數量
● 引數4：資料拷貝到什麼地址
● 引數5：返回狀態

思考：為什麼讀取SD卡時以塊為單位？

這就涉及到扇區和塊的概念，一個扇區有好多個位元組（一般是512個位元組），一個扇區可以看成是一個塊block（塊的概念就是：不是一個位元組，是多個位元組組成一個共同的操作單元塊），所以就把這一類的裝置稱為塊裝置。常見的塊裝置有：磁儲存裝置硬碟、軟盤、DVD和Flash裝置（U盤、SSD、SD卡、NandFlash、Norflash、eMMC、iNand）。
磁碟和Flash以塊為單位來讀寫，就決定了我們啟動時只能以整塊為單位來讀取SD卡。

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2.使用函式指標呼叫裝置拷貝函式

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第一種方法：巨集定義方式來呼叫。好處是簡單方便，壞處是編譯器不能幫我們做引數的靜態型別檢查。

#define CopySDMMCtoMem(z,a,b,c,e)(((bool(*)(int, unsigned int, unsigned short, unsigned int*, bool))(*((unsigned int *)0xD0037F98)))(z,a,b,c,e))

第二種方法：用函式指標方式來呼叫。

typedef unsigned int bool;
typedef bool(*pCopySDMMC2Mem) (int, unsigned int, unsigned short, unsigned int *, bool);
// 實際使用時
pCopySDMMC2Mem p1 = (pCopySDMMC2Mem)0xD0037F98;
p1(x, x, x, x, x);  // 第一種呼叫方法，編譯器預設就是一個函式指標
(*p1)(x, x, x, x, x);   // 第二種呼叫方法，和上面一樣，
*p1(x, x, x, x, x); // 錯誤，因為p1先和()結合，而不是先和*結合。

五、SD卡啟動模式程式設計

S5PV210啟動過程：開發板上電後，BL0執行時會從啟動裝置載入BL1到iRAM中執行，BL1執行時會初始化SDRAM，將BL2從啟動裝置拷貝到DDR，然後從BL1遠跳轉到BL2執行。
總體思路：將我們的程式碼分為2部分：第一部分BL1小於等於16KB，第二部分為任意大小，iROM程式碼執行完成後從SD卡啟動會自動讀取BL1到SRAM中執行；BL1執行時負責初始化DDR，然後手動將BL2從SD卡copy到DDR中正確位置，然後BL1遠跳轉到BL2中執行BL2。
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BL1階段工作：

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● 關看門狗
● 設定棧
● 開iCache
● **初始化DDR
● 從SD卡拷貝BL2到DDR
● 遠跳轉執行BL2**

說明：如圖，S5PV210規定BL1從block1開始，BL1長度為16KB內，我們就定為16KB（也就是32個block），即BL1從block1-block32，
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BL2階段工作：

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● 跳轉到BL2執行時，點亮LED燈。
BL2理論上可以從33扇區開始,但我們為了安全會用一些空扇區作為隔離區，故可以從45扇區開始，定義BL2長度為16KB，也就是32扇區
BL2從block45-block76。BL1的執行地址和連結地址為0xD0020010。
說明：BL2的執行地址為DDR中的地址，因此連結地址需要設定為DDR的地址。
我們選0x23E00000（因為我們BL1中只初始化了DDR1，地址空間範圍是0x20000000～0x2FFFFFFF）

六.uboot中的做法

第二種思路：程式程式碼仍然包括BL1和BL2兩部分，但是組織形式上不分為2部分而是作為一個整體來組織。它的實現方式是：iROM啟動然後從SD卡的扇區1開始讀取16KB的BL1然後去執行BL1，BL1負責初始化DDR，然後從SD卡中讀取整個程式（BL1+BL2）到DDR中，然後從DDR中執行（利用ldr pc, =main這種方式以遠跳轉從SRAM中執行的BL1跳轉到DDR中執行的BL2）。
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再來分析uboot的SD卡啟動細節

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(1)uboot編譯好之後有200多KB，超出了16KB。uboot的組織方式就是前面16KB為BL1，剩下的部分為BL2.
(2)uboot在燒錄到SD卡的時候，先擷取uboot.bin的前16KB（實際指令碼擷取的是8KB）燒錄到SD卡的block1～bolck32；然後將整個uboot燒錄到SD卡的某個扇區中（譬如49扇區）
(3)實際uboot從SD卡啟動時是這樣的：iROM先執行，根據OMpin判斷出啟動裝置是SD卡，然後從S卡的block1開始讀取16KB（8KB）到SRAM中執行BL1，BL1執行時負責初始化DDR，並且從SD卡的49扇區開始複製整個uboot到DDR中指定位置（0x23E00000）去備用；然後BL1繼續執行直到ldr pc, =main時BL1跳轉到DDR上的BL2中接著執行uboot的第二階段。

總結：uboot中的這種啟動方式比上節講的分散載入的好處在於：能夠相容各種啟動方式。
程式碼分析：E:\Linux\13.sd_relocate

在linux下使用dd命令燒錄程式，插上SD卡，開發板正常執行看到LED閃爍。

七.遇到的問題：

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插上分別使用九鼎1燒錄好的SD卡和在linux下使用dd命令刷寫uboot，啟動都沒有反應？

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最終問題是SD卡沒有啟動起
採用的方法是從新刷機，板子刷入安卓系統，由於SD卡無法啟動，故採用USB—dnw刷機方式:
刷機分2步：第一步刷x210_usb.bin，地址是0xd0020010;第二步刷uboot.bin，刷機地址是0x23e00000，uboot啟動起來後，先fdisk -c 0去重新分割槽，然後再fastboot….再按照刷機過程刷入系統。
然後重啟，等待系統開機完畢
然後破壞開發板iNand中的bootloader以從SD2啟動（參考 二.ARM裸機刷系統（SD卡uboot+串列埠+usb otg刷機方式）），即解決了這個問題。