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FLASH位寬為8、16、32時,CPU與外設之間地址線的連線方法

FLASH連線CPU時,根據不同的資料寬度,比如16位的NOR FLASH (A0-A19),處理器的地址線要(A1-A20)左移偏1位。為什麼要偏1位?

從軟體和CPU的角度而言,一個地址對應一個位元組,就是8位資料。這是肯定的,不要懷疑這點。

對於具體器件而言,它的位寬是一定的,所謂位寬,指的是\"讀/寫操作時,最小的資料單元\" -- 別說最小單元是\"位\",一般裝置上沒有單獨的\"位操作\",修改位時通過把整個位元組、字或雙字讀出來、修改,再回寫。

CPU的地址線(A0-A20)對應的最小資料單元是位元組,即8位;
而位寬為16的NOR FLASH的地址線(A0-A19)對應的最小資料單元是16位。
這兩個怎麼對應起來?

如果說外設的位寬是16,難道我們寫程式時會\"特意\"以16位進行操作嗎?不用的,我們寫程式時根本不用管外設位寬是8、16還是32。

仔細想想,其實是可以想通的:既然CPU、外設NOR FLASH的最小讀/寫單元已經固定,那麼肯定就是CPU與NOR FLASH之間有個中間層,它來做處理:
這個中間層被稱為\"Memory Controller
\",CPU要進行讀寫操作時,\"Memory Controller\"根據NOR FLASH的位寬,每次總是讀/寫16位資料。
以讀操作為例:
CPU想進行8位操作時,它選擇其中的8位返回給CPU;
CPU想進行16位操作時,它直接把這16位資料返回給CPU;
CPU想進行32位操作時,它發起2次讀/寫,把結果組合成32位返回給CPU。

現在的連線是:CPU的(A1-A20)接到16位的NOR FLASH (A0-A19),即CPU的A0不接 -- 這說明:不管A0是0還是1,NOR FLASH接收到的地址是一樣的。
CPU發出地址0bxx xxxx xxx00bxx xxxx xxx1時,NOR FLASH看到的都是0bxx xxx xxxx
,返回給\"Memory Controller\"的都是同一個16位資料。
再由\"Memory Controller\"選擇其中的低8位或高8位給CPU。

\"Memory Controller\"會幫助我們做這些事情,舉例為證:
1. 軟體要讀取地址0上的8位資料時,硬體是這樣進行的:
① \"Memory Controller\"發出0b000000000000000000000的地址訊號,NOR FLASH的A0-A19線上的訊號是:0b00000000000000000000
② NOR FLASH在資料匯流排D0~D15上提供一個16位的資料,這是NOR FLASH中的第1個\"最小資料單元\"
③ \"Memory Controller\"讀入這個16位資料
④ \"Memory Controller\"把這個16位資料的低8位
返回給CPU,這就是一個8位資料。

2. 軟體要讀取地址1上的8位資料時,硬體是這樣進行的:
① \"Memory Controller\"發出0b000000000000000000001的地址訊號,NOR FLASH的A0-A19線上的訊號是:0b00000000000000000000
② NOR FLASH在資料匯流排D0~D15上提供一個16位的資料,這是NOR FLASH中的第1個\"最小資料單元\"
③ \"Memory Controller\"讀入這個16位資料
④ \"Memory Controller\"把這個16位資料的高8位(注意,前面的低8位)返回給CPU,這就是一個8位資料。

3. 軟體要讀取地址2上的8位資料時,硬體是這樣進行的:
① \"Memory Controller\"發出0b000000000000000000010的地址訊號,NOR FLASH的A0-A19線上的訊號是:0b00000000000000000001
② NOR FLASH在資料匯流排D0~D15上提供一個16位的資料,這是NOR FLASH中的第2個\"最小資料單元\"
③ \"Memory Controller\"讀入這個16位資料
④ \"Memory Controller\"把這個16位資料的低8位返回給CPU,這就是一個8位資料。

4. 軟體要讀取地址3上的8位資料時,硬體是這樣進行的:
① \"Memory Controller\"發出0b000000000000000000011的地址訊號,NOR FLASH的A0-A19線上的訊號是:0b00000000000000000001
② NOR FLASH在資料匯流排D0~D15上提供一個16位的資料,這是NOR FLASH中的第2個\"最小資料單元\"
③ \"Memory Controller\"讀入這個16位資料
④ \"Memory Controller\"把這個16位資料的高8位(注意,第3點是低8位)返回給CPU,這就是一個8位資料。

5. 軟體要讀取地址0和1上的16位資料時,硬體是這樣進行的:
① \"Memory Controller\"發出0b000000000000000000000的地址訊號,NOR FLASH的A0-A19線上的訊號是:0b00000000000000000000
② NOR FLASH在資料匯流排D0~D15上提供一個16位的資料,這是NOR FLASH中的第1個\"最小資料單元\"
③ \"Memory Controller\"讀入這個16位資料
④ \"Memory Controller\"把這個16位資料返回給CPU

6. 軟體要讀取地址2和3上的16位資料時,硬體是這樣進行的:
① \"Memory Controller\"發出0b000000000000000000010的地址訊號,NOR FLASH的A0-A19線上的訊號是:0b00000000000000000001
② NOR FLASH在資料匯流排D0~D15上提供一個16位的資料,這是NOR FLASH中的第2個\"最小資料單元\"
③ \"Memory Controller\"讀入這個16位資料
④ \"Memory Controller\"把這個16位資料返回給CPU

7. 軟體要讀取地址0、1、2、3上的32位資料時,硬體是這樣進行的:
① \"Memory Controller\"發出0b000000000000000000000的地址訊號,NOR FLASH的A0-A19線上的訊號是:0b00000000000000000000
② NOR FLASH在資料匯流排D0~D15上提供一個16位的資料,這是NOR FLASH中的第1個\"最小資料單元\"
③ \"Memory Controller\"讀入這個16位資料
④ \"Memory Controller\"發出0b000000000000000000010的地址訊號,NOR FLASH的A0-A19線上的訊號是:0b00000000000000000001
⑤ NOR FLASH在資料匯流排D0~D15上提供一個16位的資料,這是NOR FLASH中的第2個\"最小資料單元\"
⑥ \"Memory Controller\"讀入這個16位資料
⑦ \"Memory Controller\"把兩個16位的資料組合成一個32位的資料,返回給CPU。

從1~7可知:
① 對於軟體而言,它不知道底下發生了什麼事,它只管結果:
讀取地址0的8位資料,就得到了一個8位資料;讀取地址1的8位資料,就得到另一個緊挨著的8位資料
讀取地址0開始的16位資料,就得到了一個16位資料;讀取地址2開始的16位資料,就得到另一個緊挨著的16位資料
讀取地址0開始的32位資料,就得到了一個32位資料;讀取地址4開始的32位資料,就得到另一個緊挨著的32位資料
② 對於NOR FLASH,它只按照A0-A19地址線,提供16位資料,才不管軟體要的是8位、16位,還是32位呢。
③ \"Memory Controller\"完成了這些位寬之間的資料選擇、合併。


所以:
外設位寬是8時,CPU的A0~AXX與外設的A0~AXX直接相連
外設位寬是16時,CPU的A1~AXX與外設的A0~AYY直接相連,表示不管CPU的A0是0還是1,外設看到的都是同一個地址,對應16位的資料,\"Memory Controller\"對資料進行選擇或組合,再提供給CPU。
外設位寬是32時,CPU的A2~AXX與外設的A0~AZZ直接相連,表示不管CPU的A0A1是00,01,10還是11,外設看到的都是同一個地址,對應32位的資料,\"Memory Controller\"對資料進行選擇或組合,再提供給CPU。

但是也不是所有位寬16bit的flash與cpu的連線都是像上述那樣錯開一位的,與具體的flash晶片設計有關係,所以需要檢視其datsheet,下文以晶片士通的29LV650和intel的E29F128為例進行說明

這裡看來intel nor flash在位寬為16bit時(由VPEN選擇),把A0忽略掉了(需要查手冊查證)

下面研究一下系統匯流排地址(cpu_addr)、寬度(bus_width)與nor flash裝置匯流排地址(device_addr)、位度(device_width)的區別與聯絡:

一、對於nor flash裝置來說
1、 nor flash裝置的位寬視晶片廠商而定,有x8、x16兩總方式(雖然現在主要使用x16的方式,不過核心於啟動程式碼裡面仍然保留著對x8和x16兩種方式的支援);把多片nor flash並起來使用可以擴大位寬(比如兩片x8的nor flash並起來使用位寬擴大為x16)。

2、nor flash裝置的匯流排地址(定址)範圍視具體晶片以及其採用的位寬而定:

以富士通的29LV650為例:
(29LV650的容量是8Mbyte,共128個sector,每個sector的大小是64 kbyte)
1)如果選擇位寬為x8,裝置匯流排的每個地址代表了一個byte的儲存單元,固其匯流排地址範圍為8M(0x000000~0x7fffff);
2)如果選擇位寬為x16,裝置匯流排的每個地址代表了兩個byte的儲存單元,固其匯流排地址範圍為4M(0x000000~0x3fffff);

再來看看intel的E29F128:
(E29F128的容量為16Mbyte,共128個sector,每個sector的大小是128Kbyte)
1)如果選擇位寬為x8,裝置匯流排的每個地址代表了一個byte的儲存單元,固其匯流排地址範圍為16M(0x000000~0xffffff);
2)如果選擇位寬為x16,情況和富士通的29LV650不同,這時候裝置的A0腳不可用,所以你不能訪問到奇地址的儲存單元,而只能0、2、4...地址的來訪問,其匯流排地址範圍為8M(0x000000~0xffffff的偶地址)

二、對於系統來說
以S3C2410為例,cpu匯流排寬度是32位,可以通過8、16、32位的匯流排寬度來訪問nor flash裝置,視裝置的位寬和是否並起來使用而定:
注:
buswidth=device_width*interleave:

然而,在cpu的眼裡,每一個地址代表1byte的儲存單元,不像nor flash裝置那樣,還有byte、word之分。


三、好了,瞭解了系統匯流排地址、寬度與nor flash裝置匯流排地址、位寬後的區別後,
現在討論一下cpu與nor flash的接法問題(通過舉例來說明):

1、對於富士通的29LV650
1)選擇x8方式,cpu的A0~A22接nor flash的A0~A22
2)選擇x16方式,cpu的A1~A22接nor flash的A0~A21
注意:
cpu的A1接nor flash的A0,cpu只能訪問偶地址,cpu的一次操作訪問了2byte大小的儲存單元。

2、對於intel的E29F128
1)選擇x8方式,cpu的A0~A23接nor flash的A0~A23
2)選擇x16方式,由於這時候地址線A0不再有效(這點與富士通的29LV650不同),
intel E29F128的A1等價於富士通的29LV650的A0,所以系統匯流排A1~A23接nor flash的A1~A23

四、在cpu對nor flash定址方面

1、對於富士通的29LV650
1)在x8模式,系統匯流排和nor flash匯流排一一對應,直接訪問
2) 在x16模式,nor flash的對外匯流排縮小一半,一個地址可定址的儲存單元由原來的1 byte變為1 word(1 sector的地址範圍由原來的1<<16變為1<<15),所以我們對其進行定址的時候,需要把所要定址的儲存單元地址>>1位
注意:
我這裡說的是以byte為單位的儲存單元地址

由於系統匯流排的A1接nor flash的A0,固系統匯流排地址等於nor flash匯流排地址<<1位
注意:
我這裡說的是nor flash的匯流排地址,對於x8方式以byte為單位,對於x16方式以word為單位


2、對於intel的E29F128
1)在x8模式,系統匯流排和nor flash匯流排一一對應,直接訪問
2)在x16模式,nor flash匯流排的A0不再使用,有效的匯流排為A1~A23,所以我們對其定址的時候,不必像富士通的29LV650那樣需要把所要訪問的儲存單元地址>>1位(因為A0不再有效,等於奇地址自動被忽略,只有偶地址起作用)
同樣:
由於nor flash匯流排的A0不起作用,系統匯流排的A1接nor flash的A1,所以我們只要直接給出儲存單元的地址即可,不比對其進行<<1位操作(不過由於裝置匯流排A0不起作用,所以系統只能訪問到偶地址的儲存單元,奇地址將會被忽略)