因為依賴於S3C2440的開機自動從Nandflash複製資料到片內SRAM執行，目前我們的可執行程式體積仍然不能大於4KB的限制。而我們的程式目前已經非常接近這個限制大小了，為了能夠繼續開發，必須突破這個限制。為此需要實現程式碼搬運功能，把程式從Nandflash搬運到SDRAM中去，並跳轉到SDRAM執行。

本文為啥不實現NandFlash寫？ 因為對於我們的實現目前尚未需求。更重要的是，寫操作涉及到擦除，更涉及到NandFlash壽命。為了減少寫次數，延長NandFlash壽命，一般會在軟體層實現寫快取。這就涉及到大量的程式碼，會偏離我們實驗的主題--程式碼搬運。等以後確實需要儲存資料到NandFlash時，再實現寫功能不遲。
 

1 NAND Flash基礎知識

1.1 TQ2440板載Nandflash晶片基本情況

NAND Flash作為一種儲存晶片，其讀寫操作需要特定的時序和規範。實際上也存在相關的工業標準，用來標準化Nandflash的讀寫等操作。
與RAM和ROM不同，NAND Flash的傳送資料、地址、命令時共用同一組針腳，通過不同的時序加以區分。下圖是TQ2440開發板上搭載的Nandflash介面圖：

其介面非常簡單，其中

• IO0-IO7，8個針腳用於傳送資料、地址、命令。
• WP，防寫，直接接地。
• WE，寫使能
• RE，讀使能
• CE，片選
• ALE，地址鎖存
• RDY/B，忙閒狀態
• CLE，命令鎖存
• VSS，接地
• VCC，電源

1.2 Nand flash基本術語

• 頁（Page），NandFlash以頁為單位進行讀寫，常見的頁大小為512B，1KB，2KB等。
• 塊(BLOCK)，NandFlash在寫入資料之前必須先擦除（寫入1），而擦除的最小單元就是塊，常見的塊大小為64頁。
• 擦除。NandFlash寫入之前必須先擦除，也就是全部寫入1。因為寫的時候只能寫0，不能寫1。
• 資料頻寬，也就是每次傳送資料的位數（I/O針腳數），常見的有8，16。
• 地址週期，傳送一個完整的地址，需要傳送幾次資料。

1.3 S3C2440片內NandFlash控制器

（1）硬體讀取
S3C2440片內集成了NandFlash控制器，啟動時，通過外部針腳的電平高低的硬體配置來獲得頁大小，資料寬度，地址週期等要素，從而可以在啟動時能夠完成讀取Nandflash到SRAM。
（2）軟體讀取
S3C2440的片內NandFlash控制器同樣對使用者開放，允許用於以軟體操縱它來讀寫NandFlash。

2 利用S3C2440片內NandFlash控制器讀取NandFlash資料

2.1 相關暫存器

• NFCONF 配置暫存器, 用於設定NandFlash時序
• NFCONT 控制暫存器，用於控制片選等訊號
• GPACON 引腳複用，GPIO和NandFlash控制訊號切換
• NFCMD 命令暫存器，把命令寫入時，自動傳送
• NFADDR 地址暫存器，把地址寫入時，自動傳送
• NFDATA 資料暫存器，把資料寫入時，自動傳送。讀取時，自動更新。

• NFSTAT 狀態暫存器，探測NANDFLASH是否忙

• 其他ECC相關暫存器，用於錯誤校驗，暫時可以不用。
  具體如何設定，請參考S3C2440的資料手冊和Nandflash的資料手冊。

2.2 初始化

void nand_init()
{
    rGPACON |= (0x3F << 17); /* GPIO */
    rNFCONF &= ~(3<<12 | 7<<8 | 7<<4); /* clock */
    rNFCONF |= (1<<12 | 4<<8 | 0<<4);

    rNFCONT |= 1;            /* enable NF controller */
    rNFCONT &= ~(1<<1);      /* Chip select */
    rNFCONT &= ~(1<<12);     /* disable soft lock */

    rNFSTAT |= 1<<2;         /* clear BUSY */
    nand_send_cmd(CMD_RESET);
    nand_wait();
}

2.3 頁內任意讀

NandFlash一般讀取的最小單位為頁。也有的NandFlash支援單位元組讀取，但是並不常用。我們可以通過先讀一頁，然後選擇性的儲存資料即可實現頁內任意大小讀取。

/* read [start,start+count) in a page */
int nand_read_page(unsigned char* buf, int iPage, int start, int count)
{
    nand_chip_enable();
    nand_send_cmd(CMD_PAGE_READ);
    nand_send_addr(0x00);
    nand_send_addr(0x00);
    nand_send_addr(iPage & 0xFF);
    nand_send_addr( (iPage >> 8) & 0xFF);
    nand_send_addr( (iPage >> 16) & 0x1);
    nand_send_cmd(CMD_PAGE_READ_CONFIRM);
    nand_wait();
    unsigned char * p = buf;

    int i;
    unsigned char c;
    for (i=0; i<2048; i++) {
        if ( i<start || i>=start+count ) {
            c = rNFDATA8;
        }else {
            *p++ = rNFDATA8;
        }
    }
    nand_chip_disable();
    return count;
}

2.4 全範圍任意讀

基於頁內任意讀，我們進而可以實現全範圍任意讀。原理如下：
任何讀操作涉及的範圍無非有兩種情況：
（1）所需資料正好全部屬於同一個頁。此時執行頁內任意讀即可。
（2）所需資料跨兩個或多個頁。此時對於每一頁按順序分別執行任意讀即可。只是第一頁和最後一頁可能可能只需讀部分資料，中間的頁則是全頁讀取。
實現程式碼如下：

/* read size bytes starting from  addr */
int nand_read(unsigned char* buf, unsigned int addr, int size)
{
    int startPage = addr / 2048;
    int endPage = (addr+size-1) / 2048;
    int startByte = addr % 2048;
    /* if the range is in only one page */
    if (startPage == endPage) {
        return nand_read_page(buf, startPage, startByte, size);
    }

    /* if the range is across 2 or more pages */
    int n = nand_read_page(buf, startPage, startByte, 2048-startByte); /* the first page */
    int page = startPage+1;
    while (page < endPage) {                                           /* middle page(s) */
        n += nand_read_page(buf+n, page, 0, 2048);
        page ++;
    }
    n += nand_read_page(buf+n, endPage, 0, (size-n));                   /* last page */
    return n;

}

3 程式碼搬運

3.1 需求分析

（1）程式的前4KB，要完成的基本功能：CPU時鐘初始化，SDRAM初始化，NandFlash初始化，UART0初始化。然後把NandFlash中的程式整體複製到SDRAM中，最後使能中斷，跳轉到Main函式執行。
（2）由於尚未啟動MMU，所以異常向量入口位於絕對實體地址0開始處，也就是SRAM中。
（3）4KB之後的程式完成其他硬體初始化。

3.2 關鍵技術

3.2.1 位置無關程式碼

程式的前4KB首先是被硬體自動複製到SRAM中執行，然後是被自己搬運到SDRAM中執行，這就需要這部分代是地址無關程式碼。具體來說：

• 程式跳轉需要使用相對跳轉指令，如B，BL，它們都是相對於當前PC的值，增減適當偏移量來完成跳轉。
• C語言會自動根據跳轉範圍優先選用相對跳轉指令，我們的程式跳轉範圍小於32MB，所以C編譯器會自動生成位置無關程式碼。

3.2.2 絕對地址跳轉

這個正好與相對地址跳轉相反，絕對地址跳轉指令如 BX，或者給PC直接賦值的指令如 mov pc, Rn， add pc, rn, rm等等。它們都是直接給PC強制賦值，從而時間4GB範圍的跳轉。

SRAM地址空間為[0x00000000, 0x00001000），而SDRAM的地址範圍是[0x30000000，0x34000000)，顯然兩者最小距離也遠遠超過了相對跳轉的範圍。

目前需要絕對地址跳轉的地方有：

• 向Main（）函式跳轉
• 向異常處理程式跳轉

3.2.3 連結過程的控制

搬運程式碼的功能需要位於可執行程式的前4KB，這可以通過連結指令碼來控制。我們的連結指令碼如下。

ENTRY(ResetEntry)
SECTIONS {
    . = 0x30000000;
    .text ALIGN(4): {
        init.o(.*)
        boot.o(.*)
        uart.o(.*)
        nand.o(.*)
        *(.text)
    }
    .data ALIGN(4): {
        *(.data)
        *(.rodata)
    }
    .bss ALIGN(4): {
        *(.bss)
    }
}

其中需要在SRAM中執行的檔案是: init.s，boot.c，以及uart.c。

3.3 原始碼導讀

基本的流程是：
（1）init.s 完成CPU時鐘初始化，SDRAM初始化，各模式堆疊初始化，以及異常向量表的建立。
（2）然後呼叫boot.c裡的boot（）函式，此函式呼叫uart.c的函式完成串列埠初始化，呼叫nand.c裡的函式完成程式碼搬運。
（3）跳轉到main.c的Main（）函式。

4 完整原始碼

完整原始碼下載，V0.9。