启动基石(stepping stone)技术介绍

Posted 2022-03-24 正在起飞的蜗牛

1、设备启动的难点

1.1、存储介质的划分

1.1.1、RAM(随机存储器)

RAM是随机存储器，可以和CPU直接总线式连接，掉电就丢失数据，分为SRAM和DRAM。
(1)SRAM是静态随机存储器，不需要初始化就可以使用，DRAM是动态随机存储器，需要初始化才能使用；
(2)SRAM单位容量价格高，容量做不大；DRAM的单位价格低，可以做的比较大，现在常用的大内存读书DRAM的；

1.1.2、ROM(只读存储器)

(1)只读存储器不能上电直接用，需要先初始化，但是掉电不丢失数据；
(2)现在常见的ROM包括硬盘、FLASH等，其实都是可以读和写的，只是写的速度慢或者很麻烦；
(3)Flash分为NandFlash和NorFlash，其中NandFlash价格低，需要初始化，不能和CPU总线式连接；NorFlash价格高，不需要初始化，可以和CPU总线式连接；

1.2、启动的条件

(1)首先得有启动代码，启动代码必须要保存在掉电不丢失的ROM中；
(2)启动代码要能运行去初始化硬件，但是代码又不能在ROM中运行，必须在RAM中运行；
(3)代码的保存和运行在不同的存储介质中，这就产生了一个矛盾：硬件要代码先运行去初始化才能用，可硬件不能用就没法读取代码和运行代码；
(4)NorFlash是比较特殊的存储介质，即不需要初始化又可以和CPU总线式连接，于是NorFlash就可以当做启动介质。把代码保存在NorFlash中，上电先运行NorFlash中的代码，这些代码负责去初始化其他硬件(主要是DDR)，然后代码就可以在DDR中运行；
(5)NorFlash价格高，容量小，只能当做启动介质，不能作为系统运行的内存，而且NorFlash的不能直接写。单片机可以用NorFlash做内存，这叫片上运行，因为单片机的程序都很小，NorFlash就足够；

2、S5PV210的启动过程

参考博客：《S5PV210的启动过程详解》。

3、传统的设备启动方式

(1)从上面的介绍可知，设备要启动需要NorFlash或者有NorFlash类似功能的存储介质，即可以保存数据又可以运行数据；
(2)之前的Soc是不带存储介质的，存储介质都需要外接，所以开发板需要额外接一块NorFlash去保存启动代码。常见的个人电脑就是bios启动，需要接一块bios芯片，本质就是NorFlash芯片。
(3)外接一块NorFlash芯片就是成本，但是外接的NorFlash容量要求不大，只是用来存储启动代码，相当于四两拨千斤的作用；

4、stepping stone技术介绍

4.1、技术发展

(1)技术发展越来越规范化。之前不同的存储芯片厂家可能有不同的标准，导致存储芯片的初始化各不相同，CPU的生产厂商不能提前固化存储器初始化的代码。现在存储芯片都有标准的协议，
比如SD卡协议、SPI协议等，不同存储厂商生产的存储芯片都是按照统一标准生产，这样初始化的代码都是通用的，生产CPU的厂商就可以提前把存储芯片的初始化代码内置到Soc里；
(2)芯片的发展趋向于单芯片方案。就是一颗芯片能自带所有功能，包括把内存、外存等集成到Soc内部；
(3)芯片的集成度更高，可以把更多的器件放到Soc内部，包括小容量的IRAM和IROM；

4.2、stepping stone技术

(1)在Soc内部集成小容量的IRAM和IROM。IRAM实质上是SRAM，不需要初始化就可以运行代码；IROM实质上是NorFlash，不需要初始化就可以读取代码。IRAM和IROM就临时充当系统的内存和外存，
运行代码去初始化硬件；
(2)IROM里保存的代码，一部分是Soc内部初始化的，一部分是不同存储介质的初始化代码。在我们启动Soc时，通过引脚的高低电平告诉Soc当前外接的外存是何种存储介质，然后Soc就会在从IROM
中读取代码在IRAM中运行，初始化外接的外存。
(3)S5PV210的启动就是stepping stone技术的具体应用，结合起来理解。

5、stepping stone技术的优势

(1)因为在IROM中固化了不同存储介质的初始化代码，所以之前不能做启动介质的NandFlash等也可以做启动介质，Soc可以在启动的时候去完成初始化；
(2)使用芯片的厂家更省成本，不用再外接一块NorFlash去做启动介质；