使用Linux操作系统启动SPI Flash的方法 (linux spi flash启动)
在嵌入式系统开发中，SPI Flash被广泛应用于固件存储。为了使这些固件能够被嵌入式系统启动，需要在启动过程中加载SPI Flash的固件。本文将介绍如何。
一、SPI Flash介绍
SPI Flash是一种存储系统，采用串行外设接口(SPI)传输数据。它拥有较小的封装体积和低功耗特性，适用于嵌入式系统中的固件存储。
在一个SPI Flash芯片内部，有一个串行存储器(single-bit storage memory)和一些控制逻辑。SPI Flash的存储器可以被分成一个或多个扇区(sector)，每个扇区有其对应的擦除命令。SPI Flash还有一个页(page)的概念，每个页中可以存储多个字节数据。
二、Linux系统启动过程
在介绍如何使用Linux操作系统启动SPI Flash之前，先介绍一下Linux操作系统的启动过程。
1. BIOS/UEFI
当一个计算机或嵌入式系统开机时，CPU会执行BIOS或UEFI，它们是一种在计算机开机时执行的系统软件。BIOS/UEFI会检测系统硬件并初始化它们，然后加载并转移控制到启动介质。
2. Bootloader
下一步是启动程序加载器(bootloader)的执行。启动程序加载器位于启动介质的某个位置。它的作用是在硬件和内核之间建立一个桥梁。启动程序加载器会将Linux内核从启动介质中加载到内存中，并将控制权转移到内核。
3. Kernel
内核是操作系统的核心，它提供了系统资源管理和进程调度等功能。启动程序加载器把内核加载到内存中后，它还需要传递一个命令行内核参数。这个命令行内核参数包含了内存布局、设备树文件位置等信息。
4. Init
内核启动后会执行之一个用户空间进程(init)。init是用户空间的之一个进程，它会执行系统初始化，并负责启动各种系统服务。
三、启动SPI Flash的方法
在嵌入式系统开发中，SPI Flash通常被用作系统的固件存储。在Linux系统启动时，也需要从SPI Flash中加载一些固件。
1. SPI Flash读取
在嵌入式系统中，SPI Flash读取的过程通常是在Linux内核启动前进行。对于ARM平台，这一过程通常是在U-Boot中完成。
在U-Boot中，SPI Flash设备可以使用spi_flash命令进行读取。spi_flash命令的语法格式如下：
spi_flash
其中，是SPI Flash设备号；是设备在内存中的基址；是从SPI Flash读取数据的地址；是需要读取的字节数。
通过spi_flash命令读取的数据可以通过tftp命令写入网络盘中。
2. 内核支持
Linux内核也需要支持SPI Flash。内核需要支持SPI总线控制器和SPI Flash驱动程序。SPI总线控制器是通用驱动程序，用于控制整个SPI总线。SPI Flash驱动程序是特定设备驱动程序，用于控制SPI Flash设备。
下面是一些SPI Flash驱动程序的例子：
– Winbond W25Q16BV
– Micron/Numonyx N25Q128A13ESE40F
– Macronix MX25L12805D
– Atmel AT45DBXXX
在内核编译时，需要将相应的驱动程序编译进内核。这可以通过内核配置选项完成。
3. 设备树
在Linux内核启动后，内核需要知道SPI Flash的存储器能够在哪个地址空间里找到。这需要通过设备树(dts)实现。
在设备树中，需要为SPI Flash添加一个spi节点。spi节点需要包含几个属性：
– spi-flash：类型，表示这是一个SPI Flash设备。
– compatible：设备类型和版本号。
– reg：访问设备时的地址范围。
例如，下面是一个设备树中SPI Flash的节点定义：
spi0: spi@020230 {
spi-flash@0 {
compatible = “winbond,w25q16bv”;
reg = ;
}
}
4. 内核驱动程序
内核驱动程序也需要知道SPI Flash设备的位置和属性。驱动程序通常会将连接到SPI总线的所有设备枚举出来，并为每个设备配置相应的驱动程序。
在Linux内核中，使用mtd(“Memory Technology Devices”)子系统来管理SPI Flash设备。通过这个子系统，开发人员可以将SPI Flash设备包装成一组字符设备，以允许应用程序通过标准文件I/O操作访问设备。mtd子系统的文件包含在Linux内核源代码树的drivers/mtd目录中。
SPI Flash设备驱动程序通常需要完成以下任务：
– 识别SPI Flash设备，即读取设备的厂商ID、型号ID等信息。
– 正确地把SPI Flash设备映射到内存空间，并选择适当的内核存储桶(bucket)。
– 实现读/写/擦除等函数，以允许应用程序对设备进行操作。
四、
在Linux操作系统启动SPI Flash的过程中，需要完成以下任务：
– 在U-Boot中使用spi_flash命令读取SPI Flash中的固件。
– 在内核编译时将SPI Flash设备和驱动程序编译进内核。
– 在设备树中为SPI Flash设备添加spi节点，并配置相应的属性。
– 在mtd子系统中创建SPI Flash设备驱动程序，实现相关函数以允许应用程序对设备进行操作。
