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flash連接CPU時,根據不同的數據寬度,比如16位的NOR FLASH (A0-A19),處理器的地址線要(A1-A20)左移偏1位。為什么要偏1位?
從軟件和CPU的角度而言,一個地址對應一個字節,就是8位數據。這是肯定的,不要懷疑這點。
對於具體器件而言,它的位寬是一定的,所謂位寬,指的是“讀/寫操作時,最小的數據單元”──別說最小單元是“位”,一般設備上沒有單獨的“位操作”,修改位時通過把整個字節、字或雙字讀出來、修改,再回寫。
CPU的地址線(A0-A20)對應的最小數據單元是字節,即8位;
而位寬為16的NOR FLASH的地址線(A0-A19)對應的最小數據單元是16位。
這兩個怎么對應起來?
如果說外設的位寬是16,難道我們寫程序時會“特意”以16位進行操作嗎?不用的,我們寫程序時根本不用管外設位寬是8、16還是32。
仔細想想,其實是可以想通的:既然CPU、外設NOR FLASH的最小讀/寫單元已經固定,那么肯定就是CPU與NOR FLASH之間有個中間層,它來做處理:
這個中間層被稱為“Memory Controller”,CPU要進行讀寫操作時,“Memory Controller”根據NOR FLASH的位寬,每次總是讀/寫16位數據。
以讀操作為例:
CPU想進行8位操作時,它選擇其中的8位返回給CPU;
CPU想進行16位操作時,它直接把這16位數據返回給CPU;
CPU想進行32位操作時,它發起2次讀/寫,把結果組合成32位返回給CPU。
現在的連線是:CPU的(A1-A20)接到 16位的NOR FLASH (A0-A19),即CPU的A0不接──這說明:不管A0是0還是1,NOR FLASH接收到的地址是一樣的。
CPU發出地址0bxxxxxxxxx0、0bxxxxxxxxx1時,NOR FLASH看到的都是0bxxxxxxxxx,返回給“Memory Controller”的都是同一個16位數據。
再由“Memory Controller”選擇其中的低8位或高8位給CPU。
“Memory Controller”會幫助我們做這些事情,舉例為證:
1. 軟件要讀取地址0上的8位數據時,硬件是這樣進行的:
① “Memory Controller”發出0b000000000000000000000的地址信號,NOR FLASH的A0-A19線上的信號是:0b00000000000000000000
② NOR FLASH在數據總線D0~D15上提供一個16位的數據,這是NOR FLASH中的第1個“最小數據單元”
③ “Memory Controller”讀入這個16位數據
④ “Memory Controller”把這個16位數據的低8位返回給CPU,這就是一個8位數據。
2. 軟件要讀取地址1上的8位數據時,硬件是這樣進行的:
① “Memory Controller”發出0b000000000000000000001的地址信號,NOR FLASH的A0-A19線上的信號是:0b00000000000000000000
② NOR FLASH在數據總線D0~D15上提供一個16位的數據,這是NOR FLASH中的第1個“最小數據單元”
③ “Memory Controller”讀入這個16位數據
④ “Memory Controller”把這個16位數據的高8位(注意,前面的低8位)返回給CPU,這就是一個8位數據。
3. 軟件要讀取地址2上的8位數據時,硬件是這樣進行的:
① “Memory Controller”發出0b000000000000000000010的地址信號,NOR FLASH的A0-A19線上的信號是:0b00000000000000000001
② NOR FLASH在數據總線D0~D15上提供一個16位的數據,這是NOR FLASH中的第2個“最小數據單元”
③ “Memory Controller”讀入這個16位數據
④ “Memory Controller”把這個16位數據的低8位返回給CPU,這就是一個8位數據。
4. 軟件要讀取地址3上的8位數據時,硬件是這樣進行的:
① “Memory Controller”發出0b000000000000000000011的地址信號,NOR FLASH的A0-A19線上的信號是:0b00000000000000000001
② NOR FLASH在數據總線D0~D15上提供一個16位的數據,這是NOR FLASH中的第2個“最小數據單元”
③ “Memory Controller”讀入這個16位數據
④ “Memory Controller”把這個16位數據的高8位(注意,第3點是低8位)返回給CPU,這就是一個8位數據。
5. 軟件要讀取地址0和1上的16位數據時,硬件是這樣進行的:
① “Memory Controller”發出0b000000000000000000000的地址信號,NOR FLASH的A0-A19線上的信號是:0b00000000000000000000
② NOR FLASH在數據總線D0~D15上提供一個16位的數據,這是NOR FLASH中的第1個“最小數據單元”
③ “Memory Controller”讀入這個16位數據
④ “Memory Controller”把這個16位數據返回給CPU
6. 軟件要讀取地址2和3上的16位數據時,硬件是這樣進行的:
① “Memory Controller”發出0b000000000000000000010的地址信號,NOR FLASH的A0-A19線上的信號是:0b00000000000000000001
② NOR FLASH在數據總線D0~D15上提供一個16位的數據,這是NOR FLASH中的第2個“最小數據單元”
③ “Memory Controller”讀入這個16位數據
④ “Memory Controller”把這個16位數據返回給CPU
7. 軟件要讀取地址0、1、2、3上的32位數據時,硬件是這樣進行的:
① “Memory Controller”發出0b000000000000000000000的地址信號,NOR FLASH的A0-A19線上的信號是:0b00000000000000000000
② NOR FLASH在數據總線D0~D15上提供一個16位的數據,這是NOR FLASH中的第1個“最小數據單元”
③ “Memory Controller”讀入這個16位數據
④ “Memory Controller”發出0b000000000000000000010的地址信號,NOR FLASH的A0-A19線上的信號是:0b00000000000000000001
⑤ NOR FLASH在數據總線D0~D15上提供一個16位的數據,這是NOR FLASH中的第2個“最小數據單元”
⑥ “Memory Controller”讀入這個16位數據
⑦ “Memory Controller”把兩個16位的數據組合成一個32位的數據,返回給CPU。
從1~7可知:
① 對於軟件而言,它不知道底下發生了什么事,它只管結果:
讀取地址0的8位數據,就得到了一個8位數據;讀取地址1的8位數據,就得到另一個緊挨着的8位數據
讀取地址0開始的16位數據,就得到了一個16位數據;讀取地址2開始的16位數據,就得到另一個緊挨着的16位數據
讀取地址0開始的32位數據,就得到了一個32位數據;讀取地址4開始的32位數據,就得到另一個緊挨着的32位數據
② 對於NOR FLASH,它只按照A0-A19地址線,提供16位數據,才不管軟件要的是8位、16位,還是32位呢。
③ “Memory Controller”完成了這些位寬之間的數據選擇、合並。
所以:
外設位寬是8時,CPU的A0~AXX與外設的A0~AXX直接相連
外設位寬是16時,CPU的A1~AXX與外設的A0~AYY直接相連,表示不管CPU的A0是0還是1,外設看到的都是同一個地址,對應16位的數據,“Memory Controller”對數據進行選擇或組合,再提供給CPU。
外設位寬是32時,CPU的A2~AXX與外設的A0~AZZ直接相連,表示不管CPU的A0A1是00,01,10還是11,外設看到的都是同一個地址,對應32位的數據,“Memory Controller”對數據進行選擇或組合,再提供給CPU。
但是也不是所有位寬16bit的flash與cpu的連接 都是像上述那樣錯開一位的,與具體的flash芯片設計有關系,所以需要查看其datsheet,下文以芯片士通的29LV650和intel的E29F128為例進行說明
這里看來intel nor flash在位寬為16bit時(由VPEN選擇),把A0忽略掉了(需要查手冊查證)
下面研究一下系統總線地址(cpu_addr)、寬度(bus_width)與nor flash設備總線地址(device_addr)、位度(device_width)的區別與聯系:
一、對於nor flash設備來說
1、nor flash設備的位寬視芯片廠商而定,有x8、x16兩總方式(雖然現在主要使用x16的方式,不過內核於啟動代碼里面仍然保留着對x8和x16兩種方式的支持);把多片nor flash並起來使用可以擴大位寬(比如兩片x8的nor flash並起來使用位寬擴大為x16)。
2、nor flash設備的總線地址(尋址)范圍視具體芯片以及其采用的位寬而定:
以富士通的29LV650為例:
(29LV650的容量是8Mbyte,共128個sector,每個sector的大小是64 kbyte)
1)如果選擇位寬為x8,設備總線的每個地址代表了一個byte的存儲單元,固其總線地址范圍為8M(0x000000~0x7fffff);
2)如果選擇位寬為x16,設備總線的每個地址代表了兩個byte的存儲單元,固其總線地址范圍為4M(0x000000~0x3fffff);
再來看看intel的E29F128:
(E29F128的容量為16Mbyte,共128個sector,每個sector的大小是128Kbyte)
1)如果選擇位寬為x8,設備總線的每個地址代表了一個byte的存儲單元,固其總線地址范圍為16M(0x000000~0xffffff);
2)如果選擇位寬為x16,情況和富士通的29LV650不同,這時候設備的A0腳不可用,所以你不能訪問到奇地址的存儲單元,而只能0、2、4...地址的來訪問,其總線地址范圍為8M(0x000000~0xffffff的偶地址)
二、對於系統來說
以S3C2410為例,cpu總線寬度是32位,可以通過8、16、32位的總線寬度來訪問nor flash設備,視設備的位寬和是否並起來使用而定:
注:
buswidth=device_width*interleave:
然而,在cpu的眼里,每一個地址代表1byte的存儲單元,不像nor flash設備那樣,還有byte、word之分。
三、好了,了解了系統總線地址、寬度與nor flash設備總線地址、位寬后的區別后,
現在討論一下cpu與nor flash的接法問題(通過舉例來說明):
1、對於富士通的29LV650
1)選擇x8方式,cpu的A0~A22接nor flash的A0~A22
2)選擇x16方式,cpu的A1~A22接nor flash的A0~A21
注意:
cpu的A1接nor flash的A0,cpu只能訪問偶地址,cpu的一次操作訪問了2byte大小的存儲單元。
2、對於intel的E29F128
1)選擇x8方式,cpu的A0~A23接nor flash的A0~A23
2)選擇x16方式,由於這時候地址線A0不再有效(這點與富士通的29LV650不同),
intel E29F128的A1等價於富士通的29LV650的A0,所以系統總線A1~A23接nor flash的A1~A23
四、在cpu對nor flash尋址方面
1、對於富士通的29LV650
1)在x8模式,系統總線和nor flash總線一一對應,直接訪問
2)在x16模式,nor flash的對外總線縮小一半,一個地址可尋址的存儲單元由原來的1 byte變為1 word(1 sector的地址范圍由原來的1<<16變為1<<15),所以我們對其進行尋址的時候,需要把所要尋址的存儲單元地址>>1位
注意:
我這里說的是以byte為單位的存儲單元地址
由於系統總線的A1接nor flash的A0,固系統總線地址等於nor flash總線地址<<1位
注意:
我這里說的是nor flash的總線地址,對於x8方式以byte為單位,對於x16方式以word為單位
2、對於intel的E29F128
1)在x8模式,系統總線和nor flash總線一一對應,直接訪問
2)在x16模式,nor flash總線的A0不再使用,有效的總線為A1~A23,所以我們對其尋址的時候,不必像富士通的29LV650那樣需要把所要訪問的存儲單元地址>>1位(因為A0不再有效,等於奇地址自動被忽略,只有偶地址起作用)
同樣:
由於nor flash總線的A0不起作用,系統總線的A1接nor flash的A1,所以我們只要直接給出存儲單元的地址即可,不比對其進行<<1位操作(不過由於設備總線A0不起作用,所以系統只能訪問到偶地址的存儲單元,奇地址將會被忽略)