嵌入式芯片的存储器映射

嵌入式芯片的存储器映射和存储器重映射
1. 引言
很多嵌入式芯片都集成了多种存储器（RAM、ROM、Flash、……），这些存储器的介质、工艺、容量、价格、读写速度和读写方式都各不相同，嵌入式系统设计需根据应用需求巧妙地规划和利用这些存储器，使得存储系统既满足应用对容量和速度的需求，又有较强的价格竞争优势。

本文所讲的存储器映射就是对各种存储器的大小和地址分布的规划。

存储器重映射就是为了快速响应中断或者快速完成某个任务，将同一地址段映射到不同速度的两个存储块，然后将低速存储块中的代码段复制到高速存储块中，对低速存储块的访问将被重映射为对高速存储块的访问。

2. 存储器映射（Memory Mapping）
对于具体的某款嵌入式芯片，它包含的各种存储器的大小、地址分布都是确定的。

存储器映射（Memory Mapping）就是指（物理）地址到存储单元的一一对应（注意，本文中所讲的存储器映射不是指虚拟地址到物理地址的映射。

更确切地讲，本文所讲的存储器映射是存储布局（Memory Layout））。

同一类型的存储器称为一个存储块（Memory Block），也有的地方称为一个存储区域（Memory Area，Memory Region），嵌入式系统设计者通常会为一个存储块分配一段连续的物理地址。

多种存储器按某种方式排列，形成整个存储空间。

存储器映射可以理解为这样一个函数：输入是地址总线上的地址编码，输出是被寻址单元中（或数据总线上）的数据。

该函数是一个逻辑概念，计算机系统上电复位后才建立起这种映射，当计算机系统掉电后，这个函数就不复存在，只剩下计算机系统中实现这个函数的物理基础——电路连接。

也可以这样认为：存储器映射是计算机系统上电复位时的预备动作，是一个将CPU所拥有的地址编码资源向系统内各个物理存储器块分配的自动过程。

3. 存储器重映射（Memory Remapping）
3.1 为什么需要存储器重映射
目前很多嵌入式系统中的Flash分为Code Flash和Data Flash。

Code Flash 存放可以运行的程序代码，Data Flash存放应用数据。

Code Flash通常被映射到0地址，系统上电复位后就从0地址开始执行。

通常中断向量表就位于0地址的起始位置，系统上电复位后执行的第一条指令就是复位中断的跳转指令。

由于中断向量表位于Code Flash中，Code Flash的读取速度比RAM慢，为了快速响应中断，就将RAM重映射到0地址，然后将中断向量表复制到RAM 的起始位置。

再发生中断时，访问Code Flash中的中断向量表，将被重映射为访问RAM中的中断向量表。

因此，存储器重映射就是为了快速响应中断或者快速完成某个任务，将同一地址段映射到不同速度的两个存储块，然后将低速存储块中的代码段复制到高速存储块中，对低速存储块的访问将被重映射为对高速存储块的访问。

3.2 深入理解存储器重映射
下面以中断向量表的重映射为例，分析存储器重映射的机制。

先假设以下情景：
（1）中断向量表由8条跳转指令组成，共32字节；
（2）Code Flash从0地址起始，中断向量表位于Code Flash的起始位置（0x00000000 ～ 0x0000001F）；
（3）RAM从非0地址（假设为0x40000000）起始；
（4）需要将Code Flash中的中断向量表重映射到RAM的起始位置，也就是将0x00000000 ～ 0x0000001F重映射到0x40000000 ～0x4000001F。

图1描述了这种情景下的存储器重映射过程：
图1 中断向量表重映射
（1）设置重映射控制寄存器：通常要设置重映射存储块的起始地址和末地址（或大小），将0x00000000 ～ 0x0000001F地址段重映射到0x40000000 ～ 0x4000001F；
（2）复制被重映射的存储块中的内容：将Code Flash中的中断向量表复制到RAM中；
（3）重映射后寻址：完成中断向量表重映射之后，再发生中断时，访问中断向量表将被重映射为访问RAM中的中断向量表。

中断向量表由Code Flash被重映射到RAM之后，发生中断时就可快速响应中断。

如果Code Flash读取速度足够快，中断响应速度要求不是特别苛刻，可以不做这种重映射。

存储器映射是在复位之前由CPU自动完成的，存储器重映射是在复位之后由系统程序完成的。

通常的顺序是：上电->存储器映射->复位->存储器重映射->系统初始化->启动OS。

4. 高性能智能卡HD-SIM的存储器映射和存储器重映射
高性能智能卡HD-SIM是Spansion提供的一款ARM芯片，包含RAM、NOR Flash、NAND Flash多种存储器。

图2描述了HD-SIM存储器的映射和重映射。

（注意：NAND Flash不在此存储系统中，它独立为另一存储系统）
HD-SIM将24KB的SRAM 1重映射到0x00000 ～ 0x05FFF地址段，这是通过设置重映射控制寄存器完成的。

但没有把Code Flash低端24KB内容全部复制到SRAM 1中，而只复制了中断向量表。

(由于保密性原因，图2、重映射控制寄存器描述、重映射实现代码没有贴出。

)
5. 参考文献
（1）什么是REMAP？ Double Z的博客。

（2）LPC2000的Boot和Remap解析，阿拉丁（king）的博客。

（3）ARM芯片的地址重映射，Winday的博客。

（4）S31QL512P HD-SIM Datasheet，Spansion。