nand启动原理什么是NAND 型 Flash 存储器？

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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什么是NAND 型 Flash 存储器？

前言

NAND Flash 和 NOR Flash是现在市场上两种主要的闪存技术。Intel于1988年首先开发出 NOR Flash 技术,彻底改变了原先由 EPROM 和 EEPROM 一统天下的局面。紧接着,1989年,东芝公司发表了 NAND Flash 结构,后者的单元电路尺寸几乎只是 NOR 器件的一半,可以在给定的芯片尺寸内提供更高的容量,也就相应地降低了价格。

1.NAND Flash ROM

NAND Flash ROM 应该是目前最热门的存储芯片了。因为我们生活中经常使用的电子产品都会涉及到它。比如你买手机，肯定会考虑64GB，还是256GB？买笔记本是买256GB，还是512GB容量的硬盘呢？（目前电脑大部分采用了基于 NAND Flash 产品的固态硬盘）。

2.NOR Flash ROM

NOR Flash ROM 的特点是以字节为单位随机存取。这样，应用程序可以直接在 Flash ROM 中执行，不必再把程序代码预先读到 RAM 中。NOR Flash ROM 的接口简单，与通常的扩展存储器一样，可以直接连接到处理器的外围总线上。

与 NOR Flash ROM 相比， NAND Flash ROM 以页（行）为单位随机存取,在容量、使用寿命和成本方面有较大优势。但是它的读出速度稍慢,编程较为复杂,因此大多作为数据存储器使用。嵌入式产品中包括数码相机、MP3 随身听记忆卡、体积小巧的U盘等均采用 NAND Flash ROM 。

在存储结构上，NAND Flash 内部采用非线性宏单元模式,全部存储单元被划分为若干个块(类似于硬盘的,一般为8 KB)，这也是擦除操作的基本单位。进而，每个块又分为若干个大小为512 B的页，每页的存储容量与硬盘每个扇区的容量相同。也就是说，每页都有512条位线,每条位线连接一个存储元。此时，要修改 NAND 芯片中一个字节，就必须重写整个数据块。当Flash 存储器的容量不同时，其块数量以及组成块的页的数量都将不同。相应地，地址信息包括了列地址、块地址以及相应的页面地址。这些地址通过8位总线分组传输，需要多个时钟周期。当容量增大时，地址信息增加，那么就需要占用更多的寻址周期，寻址时间也就越长。这导致NAND Flash的地址传输开销大，因此并不适合于频繁、小数据量访问的应用。

相比较而言，NAND 型 Flash 存储器具有更高的存储密度、更快的写人速度、更低的价格以及更好的擦写耐用性等优点，非常适用于大量数据的存储。但由于NAND Flash的接口和操作都相对复杂，位交换操作频繁，因此通常还要采用错误探测/错误纠正(EDC/ECC)算法来保护关键性数据。

例如深圳雷龙有限公司的 CSNP32GCR01-AOW 芯片。

一.免驱动使用。SD NAND内置了针对NAND Flash的坏块管理，平均读写，动态和静态的EDC/ECC等算法。

二.性能更稳定。由于NAND Flash内部是先擦后写机制，如果软件处理不当，在突然掉电的时候就会导致数据丢失。而SD NAND内部自带的垃圾回收等机制可以很好的规避这个问题。因此CS创世的二代产品才会通过10K次的随机掉电测试。

三.尺寸更小。目前SD NAND 是68mm 大小，8个pin脚，相比Raw NAND的1220mm大小，48个pin脚，采用SD NAND可以做出更小巧的产品，而且也能节省CPU宝贵的GPIO口（这点对于MCU单片机来说更是重要）

四.SD NAND可选容量更多。目前有128MB/512MB/4GB容量。而SLC 的Raw NAND 主流容量128MB，512MB已经少见，供货周期也很长；单颗4GB的Raw NAND基本都是MLC或者TLC NAND的晶圆，管理起来更复杂。

不用写驱动程序自带坏块管理的 NAND Flash（贴片式TF卡），尺寸小巧，简单易用，兼容性强，稳定可靠，固件可定制，LGA-8 封装，标准SDIO接口，兼容SPI，兼容拔插式TF卡/SD卡，可替代普通 TF卡/SD 卡，尺寸 6.2x8mm ，内置平均读写算法，通过1万次随机掉电测试耐高低温，机贴手贴都非常方便，速度级别Class10（读取速度 23.5MB/S 写入速度 12.3MB/S ）标准的 SD2.0 协议普通的SD卡可直接驱动，支持TF卡启动的 SOC 都可以用 SD NAND。

SD NAND原理图如下：

海思Hi35xx uboot启动分析总结

liwen01 2019.12.09

前言

在嵌入式linux设备中,uboot的最终目的就是启动kernel。对于uboot而言，没有人把它引导起来，所以uboot首先需要把自己加载起来，然后再去引导kernel的启动，这也就可以大致的分为Uboot启动的第一阶段和第二阶段。

(一)start.S第一阶段启动总结

在海思hi3251a官方的《Hi3521A_PINOUT_CN》手册上有上电锁存管脚BOOTROM_SEL，这个是引脚用来定义是从BOOTROM启动还是从spi flash启动。

(1)BOOTROM启动

当启动模式为从 BOOTROM 启动时，海思的BOOTROM的程序会去初始化串口，然后与海思的HiBurn工具建立通信

如果能建立通信，则启动HiBurn升级uboot程序流程，如果不能与HiBurn建立连接，等待一段时间之后它就转去从外部的spi flash启动

(2)HiBurn 烧入原理

HiBurn烧入的基本原理是，HiBurn工具与BOOTROM程序建立连接之后，先下载uboot程序的开始4KB数据到海思芯片的内部RAM

然后通过下载的那一小部分uboot代码去初始化外部的DDR，如果DDR初始化成功，HiBurn再将剩下的uboot程序下载到外部的DDR中去

最后是在DDR中启动uboot,如果要进行烧入操作，是通过DDR中的Uboot程序，发送uboot命令将DDR中的uboot程序烧入到外部的flash中去，这样就实现了uboot程序的升级。

(3)spi flash启动

海思的hi3521a芯片支持从 SPI NOR Flash 和 SPI NAND Flash 直接启动，它的启动也就是我们start.s中的大部分实现。主要做的工作有：

初始化CPU相关功能(关缓存，关MMU,设置SVC模式等)将异常中断向量表重定向到内部RAM将uboot代码重定向到外部DDR中设置栈空间清空BSS段最后调用C语言接口去执行C语言代码实现第二阶段的启动。第一阶段在执行之后，在DDR中的映射空间的数据分布如下：

(二)start_armboot第二阶段启动总结

在uboot的启动的第二阶段，主要做的是：

初始化变量和结构体重定向环境变量初始化堆管理器初始化环境变量进入命令处理循环

在命令处理循环中，默认Uboot是超时等待用户命令输入

如果有检测到命令的输入，则执行相应的命令，如果超时没有命令输入，uboot默认执行的bootm命令进行kernel启动引导。

这里涉及到两个比较总要的点：环境变量的重定向和uboot命令处理。

(1)环境变量重定向

在uboot第二阶段的时候,uboot会去检测flash中环境变量的地址中环境变量是否有效，如果有效，则使用flash中的环境变量值来初始化uboot运行中的环境变量，如果flash中的环境变量无效，则使用默认的环境变量来初始化运行中的uboot。

在uboot的用户命令操作过程中，如果有对环境变量进行修改，都是修改的内存中的那一份环境变量，如果要将修改的环境变量保存到flash中去，则需要运行命令saveenvuboot在flash的分布如下：

uboot.bin烧入到flash的0地址位置,boot.bin里面的数据就是按我们连接脚本中的数据那样分布。在0x80000（512KB）开始的位置就是环境变量的在flash的位置,其大小为256KB。

(2)uboot命令处理

在启动的最后阶段，就是执行uboot的bootm命令，主要就是uboot将kernel程序从flash中复制到内存去，然后就是检验kernel镜像文件的有效性，设置uboot传递给kernel的参数，设置kernel启动的环境(比如关缓存，关中断，CPU处于SVC模式等)

最后就是通过一个函数指针指向kernel的启动地址，调用该函数实现uboot到kernel的运行。

在这个过程中，启动参数和机器码同时传递给kernel,关于参数传递，实际在这里是通过寄存器间参数的地址传递给了kernel。

(3)参数传递

C语言进行函数调用的时候，常常会传递给被调用的函数一些参数，对于这些C语言级别的参数，被编译器翻译成汇编语言的时候，就要找个地方存放一下，并且让被调用的函数能够访问，否则就没发实现传递参数了。对于找个地方放一下，分两种情况。

一种情况是，本身传递的参数就很少，就可以通过寄存器传送参数。因为在前面的保存现场的动作中，已经保存好了对应的寄存器的值，那么此时，这些寄存器就是空闲的，可以供我们使用的了，那就可以放参数，而参数少的情况下，就足够存放参数了，比如参数有2个，那么就用r0和r1存放即可。另外一种情况是，如果参数太多，寄存器不够用，那么就得把多余的参数堆栈中了。即，可以用堆栈来传递所有的或寄存器放不下的那些多余的参数。

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