嵌入式處理器基於SPI引導的RAM 自檢論文

　　0 引言

　　隨著全球網路進一步擴充套件到新終端裝置和以前未連線的行業中，網路安全對消費者、企業和其他機構變得越來越重要。人們越來越需要效能安全、價格便宜的裝置裝置。為了降低成本，往往需要簡化電路設計。例如，採用SPI 方式引導硬體，使用SPI Flash 作為儲存媒介，減少匯流排的佈線，是簡化硬體電路的較好的方法。但採用SPI 方式引導硬體，需要將程式引導到DDR 記憶體中,同時又需要對DDR 記憶體進行檢查,這就出現了矛盾。

　　1 基於SPI 的硬體引導

　　本文以一個例項，對嵌入式處理器基於SPI 引導硬體時如何進行RAM 檢查進行詳細的介紹。是嵌入式處理器使用SPI 引導的硬體框圖。硬體載入程式和系統程式放在SPI Flash 中，在上電引導後，系統程式會被搬移到DDR 空間，在D DR 空間執行起來。現在以U-Boot 硬體載入程式為例，介紹以SPI 引導模式引導系統硬體的情況。U-Boot 是德國DENX 小組的開發用於多種嵌入式CPU 的Bootloader 程式，可以支援多種嵌入作業系統和多種處理器。編譯的U-Boot 程式，往往是執行在NOR Flash 或DDR 中的。但在基於SPI 引導時，需要先從SPI Flash 往片內RAM 裡執行一段程式，將DDR 記憶體檢查一遍，然後再將U-Boot 引導到DDR 記憶體中去執行。

　　2 SPI 引導採用的資料格式

　　在TI 公司的DSP 及ARM 處理器，飛思卡爾公司POWERPC 及ARM 處理器，都支援基於SPI 的引導模式。在這些處理器的片內ROM 都包含基本的SPI 引導驅動程式。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 驅動程式能夠把SPI 介面Flash 中的程式複製到DDR 記憶體或片內RAM 中。不過，在複製之前，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資料結構，完成載入程式所需要的環境配置。對於不同的處理器，生產廠家定義的引導資料結構是不同的。在P1010 處理器完成復位序列後，透過選擇使用處理器片內ROM 的`SPI 引導配置程式，而後處理器核心開始執行該片內ROM 程式，配置SPI 控制器，並與外部的SPI Flash 通訊，將程式複製出來並跳到指定的位置執行時配置資料寫入此地址。當最低位為1 時，配置地址域高30 bit 代表的是指令，此時配置資料寫入此地址。這樣的結構讓使用者可以方便地配置4 B 對齊的記憶體，完成控制指令操作，或定義程式配置階段的結束

　　當CNT ( 最低位)=0 時，則高30 bit 用作要寫入資料的地址，配置資料包含要寫入的資料。

　　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。

　　當處理器核心開始複製程式時，先判斷0X40 位置的標誌是否正確，如果正確，先根據配置的地址/資料對的個數N 來配置一些外圍暫存器，然後從0X50 處指示的Flash 地址搬移使用者程式碼資料到0X58 指示的地址。搬移完成後，從0X60 指示的地址開始執行。將片內執行的這一段程式叫TPL 程式。

　　3 片內RAM 執行的TPL 程式

　　P1010 包含256 KB 的L2CACHE，也可以當片內RAM 使用。要檢查DDR 記憶體，要先在片內RAM 裡執行一小段TPL 程式。這一段程式是對基於DDR 載入程式U-Boot 的一個裁剪，主要完成核心的配置，初始化串列埠終端，初始化DDR 記憶體控制器，然後檢查DDR 記憶體。在這裡不需要設定U-Boot 的環境變數，不需要配置乙太網等其他的外圍器件。編譯後的TPL 目標檔案為uboot-tpl.bin 。TPL 程式的編譯按RAM 引導的方式處理。程式的開始地址設為：0xc0030000~0xc0038800 。現在需要對編譯後的uboot-tpl.bin 進行格式處理，在其前面加上SPI 引導的可以識別的資料表頭，是按照(SPI 引導模式的資料結構) 和( 配置地址域的資料格式) 完成的一個SPI 引導配置例項。在這個例項中，將L2CACHE 設為片內RAM，開始地址設為0xc0000000 。這一部分空間在處理器核心引導時已經透過TLB 對映，可以直接使用。

　　4 結論

　　嵌入式處理器在使用SPI 引導硬體時，先透過片內RAM 執行一段程式，對DDR 記憶體進行自檢，而後再將U-Boot 程式及環境變數引導到DDR 空間，把硬體系統引導起來。透過例項化的應用，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。