【正文】 NandFlash和NorFlash在ARM9中的地位與連接方案畢業(yè)論文目 錄1 前言 1 選題意義 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 主要研究內(nèi)容 2 課題研究的方案設(shè)計 22 嵌入式系統(tǒng)介紹 3 嵌入式系統(tǒng)的定義 3 嵌入式系統(tǒng)的組成 3 嵌入式系統(tǒng)的特性 5 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展史 6 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用 7 嵌入式微處理器的介紹 8 嵌入式微處理器的定義 8 ARM 處理器系列介紹 8 ARM9的優(yōu)缺點(diǎn) 10 S3C2440A芯片介紹 11 概述 11 處理器工作狀態(tài) 11 切換狀態(tài) 11 指令長度 12 操作模式 13 寄存器 13 S3C2440A片上集成的功能 153 ARM9的體系結(jié)構(gòu)和存儲器控制器 17 ARM9的體系結(jié)構(gòu) 17 存儲器控制器 17 概述 17 功能描述 19 存儲器接口示例 19 存儲器控制器寄存器 234 NandFlash和NorFlash的特點(diǎn)及比較 29 NandFlash和NorFlash的特點(diǎn) 29 NandFlash和NorFlash的比較 29 接口對比 29 容量和成本對比 30 可靠性性對比 30 壽命對比 30 升級對比 30 讀寫性能對比 31 文件系統(tǒng)比較 315 NandFlash、NorFlash和ARM9的連接和配置 33 NandFlash在ARM9中的連接 33 NandFlash的配置 34 NandFlash的引腳配置 34 相關(guān)寄存器配置 35 軟件模式 38 NorFlash在ARM9中的連接 38 NorFlash在ARM9中的配置 396 線路設(shè)計 41 NandFlash設(shè)計原理圖 41 NorFlash設(shè)計原理圖 42 NandFlash和NorFlash事物圖 44 NorFlash的改進(jìn)設(shè)計 457 結(jié)論和展望 47致謝 49參考文獻(xiàn) 51附錄 53第2章 嵌入式系統(tǒng)介紹NandFlash和NorFlash在ARM9中的地位與連接方案1 前言 選題意義隨著嵌入式系統(tǒng)的迅速發(fā)展，其應(yīng)用環(huán)境的廣泛性、復(fù)雜性也對構(gòu)建于系統(tǒng)之上的NandFlash和NorFlash等閃存設(shè)備提出了更高的要求。需要閃存設(shè)備傳輸速度更快，體積更小，容量更大，穩(wěn)定性更好。本課題在基于Samsung公司的S3C2440A處理器平臺上，針對NandFlash和NorFlash在嵌入式系統(tǒng)中的地位和作用以及連接方案設(shè)計做了詳細(xì)的分析，力求找出改進(jìn)NandFlash和NorFlash設(shè)備的方案。S3C2440A處理器中有很多存儲設(shè)備，在CPU中有16KB的Instructionscash和16KB的Datacash，類似于PC中的ACC等寄存器；在CPU外還有2MB的NorFlash（類似于小硬盤）和64MB的NandFlash（類似于大硬盤），2片64MB的SDRAM。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀當(dāng)前，嵌入式系統(tǒng)正處在一個飛速發(fā)展和激烈競爭的時代，未來幾年里這種發(fā)展和競爭將非常激烈。就嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)和市場來說，國外發(fā)展速度極快，技術(shù)日趨成熟，市場格局基本形成；國內(nèi)發(fā)展增長很快，市場潛力很大。在國外，嵌入式系統(tǒng)硬件，提升較快，就以NandFlash和NorFlash為例，NandFlash于1989年由日本的日立公司研制而成，最初采用的是（512+16）B/頁，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在2GB以上的NandFlash將頁面擴(kuò)展到（2048+64）B/頁；NorFlash是由Intel公司生產(chǎn)的，1988年，該公司推出了一款256Kb的NorFlash。在國內(nèi)，嵌入式系統(tǒng)關(guān)鍵硬件主要靠國外引進(jìn)，技術(shù)基礎(chǔ)比較薄弱，然而國內(nèi)的嵌入式商品市場前景非常廣闊。在國內(nèi)，大規(guī)模的嵌入式系統(tǒng)目前還非常少，今后的重點(diǎn)將轉(zhuǎn)向基于Internet的各種嵌入式系統(tǒng)和信息家電領(lǐng)域等，從宏觀方面的發(fā)展趨勢看，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)該具有經(jīng)濟(jì)性、小型性、可靠性、高速度、智能性等特點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)以及各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物，這一點(diǎn)決定了它必然是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。 主要研究內(nèi)容NandFlash和NorFlash在ARM9中的地位與連接方案。Flash存儲器主要有兩種形式：一種是NorFlash，它具有XIP(eXecuteInPlace)特性，可直接在芯片上執(zhí)行代碼，而且隨機(jī)讀取速度快，體積較小，但容量也很小，價格較貴，在目前便攜式設(shè)備對于容量要求不是很高的情況下得到了廣泛使用。另一種就是NandFlash，它有著很高的存儲密度，而且生產(chǎn)工藝簡單。相對于NorFlash，NandFlash以其高的容量/價格比顯現(xiàn)出強(qiáng)勁的市場競爭力。它的出現(xiàn)為提高存儲容量和降低產(chǎn)品的成本提供了基礎(chǔ)。NandFlash的應(yīng)用有兩大難點(diǎn)，就是NandFlash相對復(fù)雜的接口和其中壞塊的管理。以三星公司的S3C2440A處理器為例，其中有2MB的NorFlash和64MB的NandFlash，2塊64MB的SDRAM。NorFlash有SRAM接口，有足夠的地址引腳，能存取每一個字節(jié)；程序和數(shù)據(jù)放在同一個芯片上，有獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線和地址總線，并且可以直接執(zhí)行其中的代碼，這為ARM處理器的無操作系統(tǒng)運(yùn)行提供了可能。NandFlash數(shù)據(jù)和地址采用同一總線，串行讀取，隨機(jī)讀取速度慢，需將其中的代碼復(fù)制到RAM去執(zhí)行。NorFlash可用于存儲bootloader，上電后自動運(yùn)行，對硬件初始化。在無操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)中，NorFlash起到不可或缺的作用。 課題研究的方案設(shè)計⑴選定研究對象――NandFlash和NorFlash在ARM9中的地位和連接方案。⑵收集查閱有關(guān)嵌入式系統(tǒng)、NandFlash、 NorFlash和ARM9的資料；⑶弄清ARM9的體系結(jié)構(gòu)和存儲器組織。⑷比較NandFlash和NorFlash的優(yōu)缺點(diǎn)、及應(yīng)用場合。⑸研究NandFlash和NorFlash的連接和配置。⑹線路設(shè)計：用Protel畫NandFlash、NorFlash與CPU連接的原理圖以及用SRAM替換NorFlash的原理圖。⑺得出結(jié)論和展望。2 嵌入式系統(tǒng)介紹2 嵌入式系統(tǒng)介紹 嵌入式系統(tǒng)的定義何為嵌入式系統(tǒng)？按照IEEE（Instituted of Electrical and Electronics Engineers，美國電子電器工程師）的定義就是“An Embedded system is the devices used to control ,monitor or assist the operation of equipment ,machinery or plant ”，翻譯過來即“嵌入式系統(tǒng)是控制、監(jiān)視或輔助設(shè)備、機(jī)器甚至工廠運(yùn)作的裝置”。一般來說，嵌入式系統(tǒng)是“執(zhí)行專用功能并被內(nèi)部計算機(jī)控制的設(shè)備或者系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)不能使用通用計算機(jī)，而且運(yùn)行的是固化軟件，用術(shù)語表示就是固件（firmware），終端用戶很難或者不可能改變固件?！币粋€簡單的定義是“嵌入式系統(tǒng)就是包含了用戶所不知曉的計算機(jī)設(shè)備?！鼻度胧较到y(tǒng)的嵌入性本質(zhì)是將一個計算機(jī)嵌入到一個對象體系中去，這些是理解嵌入式系統(tǒng)的基本出發(fā)點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗 有嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)主要有嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成。只有將嵌入式處理器構(gòu)成一個計算機(jī)系統(tǒng)，并且作為嵌入式應(yīng)用時，這樣的計算機(jī)系統(tǒng)圖才可稱作嵌入式系統(tǒng)。作者初淺的認(rèn)為：除了上述的觀點(diǎn)以外，嵌入式系統(tǒng)非常適合手持的，青少年喜歡的，有多媒體功能的，小型的，低價位的一些設(shè)備。例如：新一代手機(jī)，新一代游戲機(jī)，MP4播放器，電子書等等。 嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)是由嵌入式處理器、存儲器、IO接口、輸入輸出設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及應(yīng)用軟件等組成的。（1）嵌入式處理器：嵌入式微處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心部件。嵌入式處理器于通用處理器的最大不同點(diǎn)在于嵌入式處理器大多各種在為特定用戶群設(shè)計的系統(tǒng)中。它通常把通用計算機(jī)中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計趨于小型化，并且由高效率、高可靠性等特征。大的硬件廠商會會推出自己的嵌入式處理器，因而現(xiàn)今市面商由1000多種嵌入式處理器芯片，其中適用最為廣泛的由ARM、MIPS、PowerPC、MC6800等。（2）存儲器：嵌入式系統(tǒng)的存儲器主要有Flash，RAM，存儲卡等。Flash memory（閃速存儲器）是嵌入式系統(tǒng)中重要的組成部分，用來存儲程序和數(shù)據(jù)，掉電后數(shù)據(jù)不會丟失，但在使用Flash時，必須根據(jù)其自身特性，對存儲系統(tǒng)進(jìn)行特殊設(shè)計，以保證系統(tǒng)性能達(dá)到最優(yōu)。Flash是一種非易失性存儲器，根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，可分為NorFlash和NandFlash兩種。Flash在物理結(jié)構(gòu)上分成若干個區(qū)塊，區(qū)塊之間相互獨(dú)立。NorFlash把整個存儲區(qū)分成若干個扇區(qū)，而Nandflash把整個存儲器分為若干個塊，可以對以塊或扇區(qū)為單位的內(nèi)存單元進(jìn)行擦寫和再編程。RAM（隨機(jī)存儲器）可以被讀和寫，地址可以以任意次序被讀。常見RAM的種類有SRAM（靜態(tài)隨機(jī)存儲器）、DRAM（動態(tài)隨機(jī)存儲器）、DDRAM（雙倍速率隨機(jī)存儲器）。其中，SRAM比DRAM運(yùn)行速度快，SRAM比DRAM耗電多，DRAM需要周期性刷新，F(xiàn)lash可擦寫次數(shù)多、存儲速度快、容量大。（3）IO接口：應(yīng)用最為廣泛的包括并口、RS232串口、IrDA紅外接口、SPI串行外圍設(shè)備接口、IIC（Inter IC）總接線口、USB通用串行總接線口、Ethernet網(wǎng)口等。（4）輸入輸出設(shè)備包括：LCD、鍵盤和觸摸屏等。（5）嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)是一種支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件，它是嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分。嵌入時操作系統(tǒng)具有通用操作系統(tǒng)的基本特點(diǎn)，能夠有效管理復(fù)雜的系統(tǒng)資源，并且把硬件虛擬化。 從應(yīng)用角度可分為通用型嵌入式操作系統(tǒng)和專用型嵌入式操作系統(tǒng)。常見的通用型嵌入式操作系統(tǒng)有Linux、VxWorks、Windows 。常用的專用型嵌入式操作系統(tǒng)有Smart Phone、Pocket PC、Symbian等。 按實(shí)時性可分為兩類： 實(shí)時嵌入式操作系統(tǒng)主要面向控制、通信等領(lǐng)域。如WindRiver公司的VxWorks、ISI的pSOS、QNX系統(tǒng)軟件公司的QNX、ATI的Nucleus等。 非實(shí)時嵌入式操作系統(tǒng)主要面向消費(fèi)類電子產(chǎn)品。這類產(chǎn)品包括PDA、移動電話、機(jī)頂盒、電子書、WebPhone等。如微軟面向手機(jī)應(yīng)用的Smart Phone操作系統(tǒng)。（6）應(yīng)用軟件：嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是針對特定的實(shí)際專業(yè)領(lǐng)域的，基于相應(yīng)的嵌入式硬件平臺，并能完成用戶預(yù)期任務(wù)的計算機(jī)軟件。用戶的任務(wù)可能有時間和精度的要求，因此，有些應(yīng)用軟件需要嵌入式操作系統(tǒng)的支持，但在簡單的應(yīng)用場合下不許專門的操作系統(tǒng)。嵌入式應(yīng)用對成本十分敏感，為減少系統(tǒng)的成本，除了精簡每個硬件單元的成本外，應(yīng)盡可能的減少應(yīng)用軟件的資源消耗，盡可能的優(yōu)化。應(yīng)用軟件是實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的功能的關(guān)鍵，對嵌入式系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的要求也與通用計算機(jī)軟件有所不同。嵌入式軟件的特點(diǎn)如下：1) 軟件要求固態(tài)化存儲。為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)的可靠性，嵌入式系統(tǒng)的軟件一般都在固化的存儲器中。2) 軟件代碼要求高質(zhì)量、高可靠性。半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展使處理器速度不斷提高，也是存儲器容量不斷增加；但在大多數(shù)應(yīng)用中，次年初空火箭仍是寶貴的，還存在實(shí)時性的要求。為此，程序編寫和編譯工具的質(zhì)量要高，以減少程序二進(jìn)制代碼長度，提高執(zhí)行速度。3)系統(tǒng)軟件的高實(shí)時性是基本要求。再多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)中，對重要性各不相同的任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)籌兼顧的合理調(diào)度是保證每個任務(wù)急實(shí)質(zhì)性的關(guān)鍵，到那純通過提高處理器速度是低效甚至無法完成的。這種任務(wù)調(diào)度只能由優(yōu)化編寫的系統(tǒng)軟件來完成，因此系統(tǒng)軟件的高實(shí)時性是基本要求。4)多任務(wù)實(shí)施性操作系統(tǒng)成為嵌入式應(yīng)用軟件的必須。隨著嵌入式應(yīng)用的深入和普及，接觸到的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境越來越復(fù)雜，嵌入式軟件也越來越復(fù)雜。支持多任務(wù)的實(shí)時操作系統(tǒng)成為嵌入式軟件必須的系統(tǒng)軟件。 嵌入式系統(tǒng)的特性(1)專用性強(qiáng)。由于嵌入式系統(tǒng)通常是面向某個特定應(yīng)用的，所以嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件，尤其是軟件，都是為特定用戶群來設(shè)計的，它通常都具有某種專用性的特點(diǎn)。(2)實(shí)時性好。目前，嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過程控制、數(shù)據(jù)采集、傳輸通信等場合，主要用來對宿主對象進(jìn)行控制，所以都對嵌入式系統(tǒng)有或多或少的實(shí)時性。例如，對嵌入在武器裝各中的嵌入式系統(tǒng)、在火箭中的嵌入式系統(tǒng)、一些工業(yè)控制裝置中的控制系統(tǒng)等應(yīng)用中的實(shí)時性要求就極高。也正因?yàn)檫@種要求，在硬件上嵌人式系統(tǒng)極少使用存取速度慢的磁盤等存儲器，在軟件上更是加以精心設(shè)計，從而可使嵌入式系統(tǒng)快速地響應(yīng)外部事件。當(dāng)然，隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的擴(kuò)展，有些系統(tǒng)對實(shí)時性要求也并不是很高，例如近年來發(fā)展速度比較快的手持式計算機(jī)、掌上電腦等。但總體來說，實(shí)時性是對嵌入式系統(tǒng)的普遍要求，是設(shè)計者和用戶重點(diǎn)考慮的一個重要指標(biāo)。(3)可裁剪性好。從嵌人式系統(tǒng)專用性的特點(diǎn)來看，