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O 引言
Linux系统自诞生以来，不断发展壮大，支持越来越多的硬件体系，获得了日益广泛的应用，从服务器、桌面计算，到机顶盒、手机、路由器等，可以说无处不在。虽然都是Linux系统，但是嵌入式环境和通用计算环境中的软件／硬件配置大不相同。这是因为嵌入式系统大多都是为某一专门应用而特别设计的，有可能需要耐受各种恶劣环境(比如意外断电、极端温度、强冲击／振动／辐射等)，还受到体积、功耗、成本等诸多因素的限制，功能针对性强，需要酌情增加一些专用的硬件(如各种传感器和专用接口)，而许多通用计算机上常用的外设在嵌入式系统中不那么常见，典型的例子是硬盘、CD／DVD-ROM等大容量的非易失存储设备，在嵌入式系统中，它们通常被各种形式的闪存所取代。闪存的存储特性与硬盘等存储设备的巨大差异，导致它必须使用专用存储控制器、驱动程序及文件系统。对不同类型闪存及相应文件系统的选用，会影响最终形成系统的性能和稳定性，必须综合各种系统构件的特点及目标系统的需求做出慎重的抉择。
1 闪存类型及特性
嵌入式系统中常用的闪存有两类：NORFLASH和NANDFLASH。它们因内部结构与“或非”及“与非”门相似而得名。它们不仅在内部结构上不同，外部特性和应用也不一样。NORFLASH的容量通常不大，常见的只有几MB，可以重复擦写10万次到100万次。NORFLASH遵循CFI标准，可以通过CFI命令查询其制造商、器件型号、容量、内部扇区布局等参数，实现软件自动配置。NORFLASH的优势还在于它在出厂时能保证每个数据位都是有效的，不需要做坏块处理。NORFLASH的线性寻址特性使之可以作为启动存储器使用。与NORFLASH相比，NANDFLASH的容量可以做得很大，常见的有几十MB到几GB，可以重复擦写10万次。NANDFLASH芯片上没有地址与数据线之分，只有复用的I／O线和命令锁存(CLE)、地址锁存(ALE)、读／写使能(RE，WE)和片选(CE)等控制线，必须通过特定的逻辑来操作。NANDFLASH不支持线性寻址，一般不能用作启动ROM。但这也不是绝对的。有些微控制器(如AT91SAM926x)提供出厂前固化在芯片内部的BOOT-ROM，并在BOOT-ROM中提供对NANDFLASH启动的支持。不过这样一来，首先启动的是BOOT-ROM中的程序，会产生启动逻辑和延时方面的种种问题，设计时需要全面考虑。另外，生产厂商不保证NAND-FLASH中每一个数据位都是有效的，除芯片中的第一块之外，允许有“初始坏块”，并约定在坏块的第一页或第二页带外区(OOB)的特定位置标记坏块。NANDFLASH还允许在使用过程中出现新的坏块，以及非坏块在读出过程中出错。基于这些特点，使用这种闪存时要做额外的坏块管理和校验／纠错工作。在写入密集型系统中，必须提供ECC及坏块换出算法，才能达到10万次的写入指标。
除了以上提到的两种闪存之外，还有一种由NORFLASH衍生的串行闪存，通常是SPI接口。这种闪存继承了NORFLASH没有坏块的优点，但不支持CFI标准，并且由于是串行接口，线性寻址没有意义，为了方便操作，有些产品中加入了类似NANDFLASH的块／页结构及基于片内SRAM的页缓存，其优势在于硬件接口简单，提供小尺寸的封装，可以显著减小PCB面积和布线复杂程度。
另外，基于NANDFLASH技术的串行闪存已经量产，使用的也是SPI接口，容量可以做到1Gb。
2 应用设计
目标应用系统是一台专用的户外显示设备，要求其具有低功耗、抗振、宽温操作及高可靠性等特点。为此，选择了AT91SAM9261／AT91-SAM9G10，它是以arm9为核心的集成片上液晶控制器的工业级微控制器，以DATA FLASH／NORFLASH和NANDFLASH存储固件代码和数据。在设计过程中，根据不同的闪存使用需求，采取了具有针对性的方案。
2．1 启动设计
在该系统中，结合微控制器提供的功能和各种闪存的特点，可以综合使用不同类型的闪存，选择不同的启动方式。AT91SAM9261内部集成了启动ROM，其中固化了支持启动和操作闪存的程序。流程图如图1所示。当AT91SAM9261的启动模式选择(BMS)引脚在复位期间为高电平时，会运行内部固化的启动程序；否则运行外部NORFLASH中的程序。从流程图中可以看出，启动程序支持从串行闪存中启动。这是通过启动程序将串行闪存中的代码加载到内部SRAM中实现的。由于内部SRAM容量有限(依芯片型号不同，有16 KB和160 KB两种)，像U-BOOt(编译后有170KB左右，与配置有关)这样的功能，若较全面地启动加载程序(Bootloader)是不能直接从串行闪存中启动的，而只能选择两级启动程序，先从串行闪存中加载一段尽可能小的一级启动程序(通常只有4～5 KB)．用于初始化关键的硬件(如SDRAM控制器。由于时序、数据线宽等参数是可变的，不可能在AT91SAM9261内部固化的启动程序中提供通用的SDRAM控制器初始化代码)，然后再由一级启动程序把功能较全面的二级启动程序载入到容量足够大的SDRAM中运行，以启动系统。从NORFLASH启动时会跳过AT91SAM9261内部固化的启动程序，系统复位后执行的第一条指行就是NORFLASH中的。此时，启动程序可以只有1级，当然，为了使软件和串行闪存启动方式有较好的兼容性，也仍然可以采用两级启动程序，这样只需简单修改第一级启动程序即可适用于两种不同的硬件启动配置，为硬件设计留下更多的选择空间。由于AT91SAM9261本身的原因，从NORFLASH启动是实现宽温工作的惟一选择(AT91SAM9G10无此问题)。图2显示了不同的启动配置。
在这个AT91SAM9261系统中，分别采用了2 MB的DATAFLASH或2 MB的NORFLASH作为启动存储器，由BMS引脚选择具体使用何种启动方式。闪存中的地址划分如图3所示，其中的bootstrap是第一级启动程序；U-Boot是第二级启动程序。
人生就像是一场旅行，遇到的既有感人的，
