XIP技術與Flash
參考：
NOR Flash 和 NAND Flash
首先認識下nandflash和norflash。
NOR Flash 和 NAND Flash是現在市場上兩種主要的非易失閃存技術。
Intel於1988年首先開發出NOR Flash 技術，徹底改變了原先由EPROM(Electrically Programmable Read-Only-Memory電可編程序只讀存儲器)和EEPROM(電可擦只讀存儲器Electrically Erasable Programmable Read - Only Memory)一統天下的局面。
緊接着，1989年，東芝公司發表了NAND Flash 結構，強調降低每比特的成本，有更高的性能，並且像磁盤一樣可以通過接口輕松升級。
- NOR Flash 的特點是芯片內執行（XIP ，eXecute In Place），這樣應用程序可以直接在Flash閃存內運行，不必再把代碼讀到系統RAM中。NOR 的傳輸效率很高，在1~4MB的小容量時具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響到它的性能。
- NAND的結構能提供極高的單元密度，可以達到高存儲密度，並且寫入和擦除的速度也很快。應用NAND的困難在於Flash的管理和需要特殊的系統接口。通常讀取NOR的速度比NAND稍快一些，而NAND的寫入速度比NOR快很多。
程序能直接在norlash執行的原因在XIP。
那什么是XIP？工作原理又是怎么樣的？
XIP：eXecute In Place
eXecute In Place，即芯片內執行，指應用程序可以直接在flash閃存內運行，不必再把代碼讀到系統RAM中。
flash內執行是指nor flash 不需要初始化，可以直接在flash內執行代碼。但往往只執行部分代碼，比如初始化RAM.
（注：片內執行不是說程序在存儲器內執行哦，CPU的基本功能就是取指、譯碼和執行。norflash能在芯片內執行，就是指CPU的取指模塊能夠直接從norflash中把指令取出來，供后面的譯碼和執行模塊使用）
Nand-Flash
NandFlash器件使用復雜的I/O口來串行地存取數據，8個引腳用來傳送控制、地址和數據信息。由於時序較為復雜，所以一般CPU最好集成NAND控制器。
另外由於NandFlash沒有掛接在地址總線上，所以如果想用NandFlash作為系統的啟動盤，就需要CPU具備特殊的功能，如s3c2440在被選擇為NandFlash啟動方式時會在上電時自動讀取NandFlash的4k數據到地址0的SRAM中。
如果CPU不具備這種特殊功能，用戶不能直接運行NandFlash上的代碼，那可以采取其他方式，比如好多使用NandFlash的開發板除了使用NandFlash以外，還用上了一塊小的NorFlash來運行啟動代碼。
Nor-Flash
但norflash就不用了，因為它是片內執行的，區別如圖：
為什么nandflash很少用來做XIP？
接着說為什么norflash可以實現XIP，而不是nandflash？
解釋1： 嵌入式系統中代碼的執行方式不同
嵌入式系統中代碼的執行方式主要有3種：
- 完全映射（fully shadowed）：嵌入式系統程序運行時，將所有的代碼從非易失存儲器（Flash、ROM等）復制到RAM中運行。
- 按需分頁（demand paging）：只復制部分代碼到RAM中。這種方法對RAM中的頁進行導入/導出管理，如果訪問位於虛存中但不在物理RAM中會產生頁錯誤，這時才將代碼和數據映射到RAM中。
- eXecute In Place (XIP)：在系統啟動時，不將代碼復制到RAM，而是直接在非易失性存儲位置執行。RAM中只存放需要不斷變化的數據部分，如圖1所示。
如果非易失性存儲器的讀取速度與RAM相近，則XIP可以節省復制和解壓的時間。NOR Flash和ROM的讀取速度比較快（約100 ns），適合XIP；而NAND Flash的讀操作是基於扇區的，速度相對很慢(μs級)，因此不宜實現XIP系統。而NAND
閃存寫入速度比NOR快，更適合SND（存儲和下載）系統。
解釋2：各flash芯片結構不同
NOR flash之所以可以片內執行，就是因為他符合CPU去指令譯碼執行的要求。CPU送一個地址出來，NORflash就能給一個數據讓CPU執行，中間不需要額外的處理操作。
NAND flash不一樣是因為nand flash有地址，數據，命令共用IO口的問題，cpu把地址發出來之后，並不能直接得到數據，還需要控制線的操作才能完成。就是他沒有專用的SRAM接口。
解釋3：工藝要求不同
芯片內執行主要是是看芯片可不可以線性存儲代碼（假如硬件支持芯片接口），只要能保證芯片的存儲空間是線性的（也就是無壞塊），都可以片上執行。
在讀取Flash時候，容易出現“位翻轉（bitconvert）。
在Flash的位翻轉（一個bit位發生翻轉）現象上，NAND的出現幾率要比NorFlash大得多。
這個問題在Flash存儲關鍵文件時是致命的，所以在使用NandFlash時建議同時使用EDC/ECC等校驗算法。 ”
凡是NAND型Flash都繞不開壞塊（Bad Block）問題，這也是NAND Flash區別於NOR Flash的一個重要特點。
NAND技術上允許壞塊的存在，這降低了NAND生產工藝要求，因此NAND單位容量價格比NOR低。
NAND內部按粒度從大到小划分依次為Plane、Block、Page、Byte（如下圖所示），因為壞塊導致了一些Block無法有效存儲數據，這些Block會被標記拉黑，所以從主設備訪問角度來看，NAND中的數據並不是按地址連續存儲的，壞塊占據的地址均為無效地址，這就是所謂的非線性存儲，而非線性存儲設備顯然無法作為XiP設備。
非線性存儲器，對於寫入操作，無法保證應用程序一定放在指定鏈接的地址（即在Flash中的對應偏移地址），寫入過程中遇到壞塊，會跳過壞塊，而那些壞塊占據的無效地址極有可能就是應用程序實際鏈接地址。
強行ECC校驗導致的Page Read等待
我們現在假設一種理想情況，NAND中不存在任何壞塊，可以強行把NAND當作線性存儲設備，這種情況下是不是就可以被用作XiP設備了呢？
我們來看串行NAND的完整讀時序，0x13（Page Read）是FLASH控制器發送的第一個命令，用於通知NAND主設備想要訪問Page了，隨后發送列地址，指明要讀的Page位置，此時NAND便會將內部狀態寄存器里Busy位標志起來並進入忙狀態。
在忙狀態時間里，NAND會從內存塊里將指定的Page數據全部拷貝到臨時緩存區（Cache memory），對這一整個Page數據進行ECC校驗，校驗完成后將狀態寄存器里相應ECC標志起來以及將Busy位清除掉，然后結束忙狀態，進入數據輸出准備狀態。
由於不知道NAND什么時候會結束忙狀態，因此FLASH控制器需要不斷發送0x0F（Get Feature命令）去讀取狀態寄存器的值，直到狀態寄存器里Busy位被清零才能去讀取Page數據，這種邏輯判斷行為在lookupTable里無法自動實現（NOR讀時序里無需邏輯判斷）。
如果特意省略讀狀態寄存器的步驟，避免邏輯判斷行為，在lookupTable直接填入Dummy周期來代替行不行呢？理論上倒是可以的。我們來算一下，比如NAND典型的50MHz時鍾頻率，一個Dummy Cycle周期耗時20ns，NAND Page Read等待典型值是45us，即2250個Dummy Cycle，lookupTable有16條Sequence，每個Seqence支持8個instruction，每個instruction如果都設為CMD_SDR，參數設最大255，則9個instruction就能滿足這個等待時間。
但即使這么做能勉強實現NAND Flash的XiP，代碼實際執行效率也是非常低下的，畢竟涉及到跨Page的指令長跳轉（暫不討論Cache因素）就需要等待45us，這在嵌入式世界里是不短的時間，系統實時性無法保證，又有什么意義呢？
結論
所謂XIP，就是CODE是在FLASH上直接運行，NANDFLASH只是不適合做XIP，但並不是不能做XIP。
要一段CODE能夠正確的運行，要保證它的CODE是連續的，正確的。
由於一些電氣特性的原因，NOR FLASH能夠做到這一點，不存在壞道或壞塊，所以能夠做XIP。
而對於NAND FLASH， 它只保證它的BLOCK 0是好的，其他的塊並不保證，雖然出錯的幾率比較低，但還是有出錯的可能，所以CODE可能無法連續正確地執行。
但只要你有額外的保障措施，比如說在執行CODE之前去做一次ECC校驗，來確保CODE是連續正確的，那也可以做XIP。有人這么做了，而且也證明是成功的。但效率很低，無法接受。
個人認為解釋3是主要原因，其他的是次要原因。