嵌入式处理器基于SPI引导的RAM 自检论文

　　0 引言

　　随着全球网络进一步扩展到新终端设备和以前未连接的行业中，网络安全对消费者、企业和其他机构变得越来越重要。人们越来越需要性能安全、价格便宜的装置设备。为了降低成本， 往往需要简化电路设计。例如，采用SPI 方式引导硬件，使用SPI Flash 作为存储媒介，减少总线的布线，是简化硬件电路的较好的方法。但采用SPI 方式引导硬件，需要将程序引导到DDR 内存中,同时又需要对DDR 内存进行检查,这就出现了矛盾。

　　1 基于SPI 的硬件引导

　　本文以一个实例，对嵌入式处理器基于SPI 引导硬件时如何进行RAM 检查进行详细的介绍。是嵌入式处理器使用SPI 引导的硬件框图。硬件引导程序和系统程序放在SPI Flash 中，在上电引导后，系统程序会被搬移到DDR 空间，在D DR 空间运行起来。现在以U-Boot 硬件引导程序为例， 介绍以SPI 引导模式引导系统硬件的情况。U-Boot 是德国DENX 小组的开发用于多种嵌入式CPU 的Bootloader 程序， 可以支持多种嵌入操作系统和多种处理器。编译的U-Boot 程序， 往往是运行在NOR Flash 或DDR 中的。但在基于SPI 引导时， 需要先从SPI Flash 往片内RAM 里运行一段程序， 将DDR 内存检查一遍， 然后再将U-Boot 引导到DDR 内存中去运行。

　　2 SPI 引导采用的数据格式

　　在TI 公司的DSP 及ARM 处理器，飞思卡尔公司POWERPC 及ARM 处理器， 都支持基于SPI 的引导模式。在这些处理器的片内ROM 都包含基本的SPI 引导驱动程序。本文以飞思卡尔公司的QorIQ P1010 处理器为例介绍其引导过程。P1010 片内的SPI 驱动程序能够把SPI 接口Flash 中的程序拷贝到DDR 内存或片内RAM 中。不过，在拷贝之前，需要先对DDR 控制器或片内RAM 进行配置。这就需要定义一个特定的数据结构，完成引导程序所需要的环境配置。对于不同的处理器，生产厂家定义的引导数据结构是不同的。在P1010 处理器完成复位序列后，通过选择使用处理器片内ROM 的SPI 引导配置程序，而后处理器内核开始运行该片内ROM 程序， 配置SPI 控制器，并与外部的SPI Flash 通信，将程序拷贝出来并跳到指定的位置运行时配置数据写入此地址。当最低位为1 时，配置地址域高30 bit 代表的是指令，此时配置数据写入此地址。这样的结构让用户可以方便地配置4 B 对齐的内存，完成控制指令操作，或定义程序配置阶段的结束

　　当CNT ( 最低位)=0 时， 则高30 bit 用作要写入数据的地址，配置数据包含要写入的数据。

　　当CNT=1 时， 则高30 bit 用作控制指令。

　　当EC=1 时， 代表配置阶段结束指令。

　　当DLY=1 时， 代表延时一定时间指令。

　　当CF=1 时， 代表更改SPI 频率的指令。

　　CNT 表示地址模式与指令模式的切换。

　　当处理器内核开始拷贝程序时， 先判断0X40 位置的标志是否正确， 如果正确， 先根据配置的地址/数据对的个数N 来配置一些外围寄存器，然后从0X50 处指示的Flash 地址搬移用户代码数据到0X58 指示的地址。搬移完成后，从0X60 指示的地址开始运行。将片内运行的这一段程序叫TPL 程序。

　　3 片内RAM 运行的TPL 程序

　　P1010 包含256 KB 的L2CACHE， 也可以当片内RAM 使用。要检查DDR 内存， 要先在片内RAM 里运行一小段TPL 程序。这一段程序是对基于DDR 引导程序U-Boot 的一个裁剪， 主要完成内核的配置，初始化串口终端， 初始化DDR 内存控制器， 然后检查DDR 内存。在这里不需要设置U-Boot 的环境变量，不需要配置以太网等其他的外围器件。编译后的TPL 目标文件为uboot-tpl.bin 。TPL 程序的编译按RAM 引导的方式处理。程序的开始地址设为：0xc0030000~0xc0038800 。现在需要对编译后的uboot-tpl.bin 进行格式处理， 在其前面加上SPI 引导的可以识别的数据表头，是按照(SPI 引导模式的数据结构) 和( 配置地址域的数据格式) 完成的一个SPI 引导配置实例。在这个实例中， 将L2CACHE 设为片内RAM， 开始地址设为0xc0000000 。这一部分空间在处理器内核引导时已经通过TLB 映射， 可以直接使用。

　　4 结论

　　嵌入式处理器在使用SPI 引导硬件时，先通过片内RAM 运行一段程序，对DDR 内存进行自检，而后再将U-Boot 程序及环境变量引导到DDR 空间，把硬件系统引导起来。通过实例化的应用，证明这在高性价比的嵌入式应用中是一个不错的选择，不仅能提高系统的可靠性，而且简单易行。