SyncFlash存儲器在ARM嵌入式系統(tǒng)中的應用

摘    要：本文在簡要介紹SyncFlash(同步Flash)存儲器的基礎上，著重敘述了SyncFlash在基于ARM體系微處理器的嵌入式系統(tǒng)中的應用，并介紹了采用SyncFlash設計嵌入系統(tǒng)的優(yōu)勢。
關鍵詞：SyncFlash；SDRAM；ARM微處理器；嵌入式系統(tǒng) 

隨著嵌入式處理器的迅速發(fā)展，32位RISC處理器的應用越來越廣泛，許多基于ARM核的微處理器都集成了SDRAM控制器。應用系統(tǒng)中一般都是采用SDRAM存儲器作內(nèi)存、NOR Flash作程序存儲器。這種應用存在著缺點，而本文介紹的采用SyncFlash(即同步Flash存儲器)設計嵌入系統(tǒng)的方法能很好地克服這些不足。

SyncFlash存儲器
在嵌入式應用系統(tǒng)中用作程序存儲器的器件一般是EPROM、NOR Flash、EEPROM等。大家都比較熟悉Flash 存儲器，應用也很多，而SyncFlash存儲器相對較陌生，目前應用也較少。SyncFlash存儲器就是在NOR Flash的基礎上增加了同步接口(所有信號均在時鐘上升沿鎖存)，且該接口與通用SDRAM控制器接口兼容，并采用了內(nèi)部管道結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)高速讀寫操作，如Atmel公司的AT29LS4M16 (1M 16)和Micron公司的MT28S4 M16B1LC，在133MHz時鐘時讀周期僅為5.4ns(CAS等待周期為2)。其簡化的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
SyncFlash和ARM嵌入式微處理器(如Cirrus Logic公司的EP7312)的硬件連接很簡單，直接將它連接到SDRAM總線上即可。需注意的是其RP#引腳應和系統(tǒng)的復位信號相連，因為SyncFlash必須先復位(RP#由低變高后100 可完成內(nèi)部初始化)，才能正常工作。另外，其VCCP引腳應和VCC相連。微處理器對SyncFlash的讀操作和讀SDRAM完全一樣，非讀操作(如寫、擦除等)須采用SCS(軟件命令序列，Software Command Sequence)來實現(xiàn)，SCS由制造商提供。

運用SyncFlash設計ARM嵌入式系統(tǒng)
采用Flash設計的ARM嵌入式系統(tǒng)
通常在設計基于ARM微處理器的嵌入式系統(tǒng)時，都是采用Flash作為程序存儲器(包括引導程序和應用程序)，SDRAM存儲器作系統(tǒng)內(nèi)存。系統(tǒng)中還包括時鐘、復位邏輯等其他電路，結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
ARM嵌入式系統(tǒng)的啟動過程    
以EP7312為例，上電后EP7312處于等待狀態(tài)，由WAKEUP上升沿激活并開始運行引導(BOOT)程序，引導程序包括微處理器外圍設備初始化、SDRAM控制器初始化、MMU(內(nèi)存管理單元)。為了提高應用程序運行速度，應用程序一般都是在SDRAM中執(zhí)行，因為與SDRAM存儲器相比，NOR Flash的讀取速度較慢(一般大于50ns)，影響執(zhí)行速度。因此引導程序還應包括將應用程序傳送到SDRAM中的代碼，并將程序指針指向應用程序，應用程序即開始執(zhí)行。
運用SyncFlash設計的ARM嵌入式系統(tǒng)
由上述ARM嵌入式系統(tǒng)的啟動過程可以看出，NOR Flash存儲器僅用作存儲程序，以保證斷電數(shù)據(jù)不丟失。將應用程序傳送到SDRAM中之后，NOR Flash存儲器即閑置，不參與系統(tǒng)執(zhí)行。由于EP7312只具有普通SDRAM控制器，不支持SyncFlash直接啟動，采用SyncFlash來設計時，框圖如圖3所示。由于SyncFlash既具有非易失性，又可直接連接到SDRAM總線，且可高速操作，即具有XIP (eXecute_In_Place)特性，因此可將應用程序直接寫到SyncFlash，將BOOT程序固化在NOR Flash中，執(zhí)行完BOOT程序后，將指針直接指向SyncFlash中的應用程序并執(zhí)行。
另外，有一些微處理器具有能夠直接啟動且支持SyncFlash硬件命令序列的SDRAM控制器，如Motorola的龍珠MX1處理器。它將所有非易失存儲器的功能移植到高速SDRAM/SyncFlash存貯器總線中，且能配置成從標準異步非易失存儲器SyncFlash啟動。采用這種處理器設計時，框圖中的用于固化BOOT程序的ROM芯片也可省去。
運用SyncFlash設計ARM嵌入式系統(tǒng)時需要注意：一是SDRAM和SyncFlash都連接在SDRAM總線上，共用SDRAM控制器，但SyncFlash用作程序存儲器，而SDRAM用作數(shù)據(jù)存儲器，因此在進行系統(tǒng)存儲器映射時，二者應映射到兩個不同的區(qū)域；二是在使用SCS時，必須將Cache禁止。

運用SyncFlash的優(yōu)勢
根據(jù)EP7312嵌入式系統(tǒng)的啟動過程，及應用SyncFlash前后系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖比較，不難發(fā)現(xiàn)運用SyncFlash設計系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢。
提高啟動速度
由于SyncFlash具有XIP特點，應用程序直接固化在SyncFlash中，在啟動時省去了將應用程序傳送到SDRAM中的過程，因而提高了系統(tǒng)的啟動速度。
節(jié)省系統(tǒng)成本
一般BOOT程序的代碼都極少(幾KBytes)，而應用程序較大(可達幾MBytes)，如都固化在NOR Flash中，勢必需要大容量的Flash，由上述ARM嵌入式系統(tǒng)的啟動過程可知，只有BOOT程序在Flash中運行，啟動后用于存儲應用程序的Flash實際上是冗余的，因而在運用SyncFlash設計的系統(tǒng)中，可將存儲應用程序的NOR Flash省去，而只用小容量的NOR Flash(或EPROM)來存儲BOOT程序即可，這樣就達到了節(jié)省系統(tǒng)成本的目的?！?/P>

參考文獻
1 EP7312 User誷 Manual. CIRRUS LOGIC, 2000
2 馬忠梅等. ARM嵌入式處理器結(jié)構(gòu)與應用基礎. 北京航空航天大學，2002
3 AT49LS4M16 SyncFlash Data Sheet. ATMEL. 2002
4 SyncFlash Design Guide for Generic SDRAM Controllers. MICRON. 2002