嵌入式處理器基于SPI引導的RAM 自檢論文
0 引言
隨著全球網絡進一步擴展到新終端設備和以前未連接的行業中，網絡安全對消費者、企業和其他機構變得越來越重要。人們越來越需要性能安全、價格便宜的裝置設備。為了降低成本， 往往需要簡化電路設計。例如，采用SPI 方式引導硬件，使用SPI Flash 作為存儲媒介，減少總線的布線，是簡化硬件電路的較好的方法。但采用SPI 方式引導硬件，需要將程序引導到DDR 內存中,同時又需要對DDR 內存進行檢查,這就出現了矛盾。
1 基于SPI 的硬件引導
本文以一個實例，對嵌入式處理器基于SPI 引導硬件時如何進行RAM 檢查進行詳細的介紹。是嵌入式處理器使用SPI 引導的硬件框圖。硬件引導程序和系統程序放在SPI Flash 中，在上電引導后，系統程序會被搬移到DDR 空間，在D DR 空間運行起來。現在以U-Boot 硬件引導程序為例， 介紹以SPI 引導模式引導系統硬件的情況。U-Boot 是德國DENX 小組的開發用于多種嵌入式CPU 的Bootloader 程序， 可以支持多種嵌入操作系統和多種處理器。編譯的U-Boot 程序， 往往是運行在NOR Flash 或DDR 中的。但在基于SPI 引導時， 需要先從SPI Flash 往片內RAM 里運行一段程序， 將DDR 內存檢查一遍， 然后再將U-Boot 引導到DDR 內存中去運行。
2 SPI 引導采用的數據格式
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 的引導模式。在這些處理器的片內ROM 都包含基本的SPI 引導驅動程序。本文以飛思卡爾公司的QorIQ P1010 處理器為例介紹其引導過程。P1010 片內的SPI 驅動程序能夠把SPI 接口Flash 中的程序拷貝到DDR 內存或片內RAM 中。不過，在拷貝之前，需要先對DDR 控制器或片內RAM 進行配置。這就需要定義一個特定的數據結構，完成引導程序所需要的環境配置。對于不同的處理器，生產廠家定義的引導數據結構是不同的。在P1010 處理器完成復位序列后，通過選擇使用處理器片內ROM 的`SPI 引導配置程序，而后處理器內核開始運行該片內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行時配置數據寫入此地址。當最低位為1 時，配置地址域高30 bit 代表的是指令，此時配置數據寫入此地址。這樣的結構讓用戶可以方便地配置4 B 對齊的內存，完成控制指令操作，或定義程序配置階段的結束
當CNT ( 最低位)=0 時， 則高30 bit 用作要寫入數據的地址，配置數據包含要寫入的數據。
當CNT=1 時， 則高30 bit 用作控制指令。
當EC=1 時， 代表配置階段結束指令。
當DLY=1 時， 代表延時一定時間指令。
當CF=1 時， 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。
當處理器內核開始拷貝程序時， 先判斷0X40 位置的標志是否正確， 如果正確， 先根據配置的地址/數據對的個數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據到0X58 指示的地址。搬移完成后，從0X60 指示的地址開始運行。將片內運行的這一段程序叫TPL 程序。
3 片內RAM 運行的TPL 程序
P1010 包含256 KB 的L2CACHE， 也可以當片內RAM 使用。要檢查DDR 內存， 要先在片內RAM 里運行一小段TPL 程序。這一段程序是對基于DDR 引導程序U-Boot 的一個裁剪， 主要完成內核的配置，初始化串口終端， 初始化DDR 內存控制器， 然后檢查DDR 內存。在這里不需要設置U-Boot 的環境變量，不需要配置以太網等其他的外圍器件。編譯后的TPL 目標文件為uboot-tpl.bin 。TPL 程序的編譯按RAM 引導的方式處理。程序的開始地址設為：0xc0030000~0xc0038800 。現在需要對編譯后的uboot-tpl.bin 進行格式處理， 在其前面加上SPI 引導的可以識別的數據表頭，是按照(SPI 引導模式的數據結構) 和( 配置地址域的數據格式) 完成的一個SPI 引導配置實例。在這個實例中， 將L2CACHE 設為片內RAM， 開始地址設為0xc0000000 。這一部分空間在處理器內核引導時已經通過TLB 映射， 可以直接使用。
4 結論
嵌入式處理器在使用SPI 引導硬件時，先通過片內RAM 運行一段程序，對DDR 內存進行自檢，而后再將U-Boot 程序及環境變量引導到DDR 空間，把硬件系統引導起來。通過實例化的應用，證明這在高性價比的嵌入式應用中是一個不錯的選擇，不僅能提高系統的可靠性，而且簡單易行。
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