所謂Flash，是內(nèi)存（Memory）的一種，但兼有RAM和ROM 的優(yōu)點，是一種可在系統(tǒng)（In-System）進行電擦寫，掉電后信息不丟失的存儲器，同時它的高集成度和低成本使它成為市場主流。
? ? Flash 芯片是由內(nèi)部成千上萬個存儲單元組成的，每個單元存儲一個bit。具有低功耗、大容量、擦寫速度快、可整片或分扇區(qū)在系統(tǒng)編程（燒寫）、擦除等特點，并且可由內(nèi)部嵌入的算法完成對芯片的操作，因而在各種嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。
作為一種非易失性存儲器，Flash在系統(tǒng)中通常用于存放 程序 代碼、常量表以及一些在系統(tǒng)掉電后需要保存的用戶數(shù)據(jù)等。
常用的Flash為8位或16位的數(shù)據(jù)寬度，編程電壓為單3.3V。主要的生產(chǎn)廠商為INTEL、ATMEL、AMD、HYUNDAI等。Flash 技術(shù)根據(jù)不同的應(yīng)用場合也分為不同的發(fā)展方向，有擅長存儲代碼的NOR Flash和擅長存儲數(shù)據(jù)的NAND Flash。一下對NOR Flash和NAND Flash的技術(shù)分別作了相應(yīng)的介紹。
一．NOR Flash
1.? ?? ?市場介紹
隨著技術(shù)的發(fā)展，愈來愈多的電子產(chǎn)品需要更多的智能化，這也對這些產(chǎn)品的程序存儲提出了更高的要求。Flash 作為一種低成本、高集成度的存儲技術(shù)在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。今天90%的PC、超過90%的手機、超過50%的Modem，都是用了Flash，如今Flash市場規(guī)模已經(jīng)超過了100億美元。
如此巨大的市場規(guī)模，也導(dǎo)致市場上的Flash 品牌層出不窮。在NOR Flash市場中，Intel公司是非常重要的一家生產(chǎn)廠商。Intel公司生產(chǎn)的Flash芯片多年來占據(jù)著市場的很大份額，而它的芯片封裝形式和接口也成為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，從而為不同品牌的Flash帶來了兼容的方便。
2.? ?? ?NOR Flash 的硬件設(shè)計和調(diào)試
首先，Flash 要通過系統(tǒng)總線接在處理器上，即保持一個高速的數(shù)據(jù)交換的通道。那么就必須了解一下Flash在系統(tǒng)總線上的基本操作。
1） 先了解一下處理器存儲空間BANK的概念。以32位處理器S3C2410為例，理論上可以尋址的空間為4GB，但其中有3GB的空間都預(yù)留給處理器內(nèi)部的寄存器和其他設(shè)備了，留給外部可尋址的空間只有1GB，也就是0X00000000~0X3fffffff，總共應(yīng)該有30根地址線。這1GB的空間，2410處理器又根據(jù)所支持的設(shè)備的特點將它分為了8份，每份空間有128MB，這每一份的空間又稱為一個BANK。為方便操作，2410獨立地給了每個BANK一個片選信號（nGCS7~nGCS0）。其實這8個片選信號可以看作是2410處理器內(nèi)部30根地址線的最高三位所做的地址譯碼的結(jié)果。正因為這3根地址線所代表的地址信息已經(jīng)由8個片選信號來傳遞了，因此2410處理器最后輸出的實際地址線就只有A26~A0（如下圖1）

圖1 2410內(nèi)存BANK示意圖
? ? 2）以圖2(帶nWAIT信號)為例，描述一下處理器的總線的讀操作過程，來說明Flash整體讀、寫的流程。第一個時鐘周期開始，系統(tǒng)地址總線給出需要訪問的存儲空間地址，經(jīng)過Tacs時間后，片選信號也相應(yīng)給出（鎖存當(dāng)前地址線上地址信息），再經(jīng)過Tcso時間后，處理器給出當(dāng)前操作是讀（nOE為低）還是寫（new為低），并在Tacc時間內(nèi)將數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好放之總線上，Tacc時間后（并查看nWAIT信號，為低則延長本次總線操作），nOE 拉高，鎖存數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)。這樣一個總線操作就基本完成

圖2 帶nWAIT 信號的總線讀操作
3 ） NOR Flash的接口設(shè)計（現(xiàn)代的29LV160芯片）
29LV160存儲容量為8M字節(jié)，工作電壓為3.3V，采用56腳TSOP封裝或48腳FBGA封裝，16位數(shù)據(jù)寬度。29LV160僅需單3.3V電壓即可完成在系統(tǒng)的編程與擦除操作，通過對其內(nèi)部的命令寄存器寫入標(biāo)準(zhǔn)的命令序列，可對Flash進行編程（燒寫）、整片擦除、按扇區(qū)擦除以及其他操作。引腳信號描述和接口電路分別如圖3和圖4所示。

圖3 29LV160引腳信號描述

圖4 FLASH（29LV160）接口電路
可以從信號引腳圖3和總線操作圖2看出，NOR Flash的接口和系統(tǒng)總線接口完全匹配，可以很容易地接到系統(tǒng)總線上。
3.? ?? ?NOR Flash的軟件設(shè)計
Flash 的命令很多，但常用到的命令就3種：識別、擦除、編程命令。以下就對3種命令作分別的簡要介紹：
1） NOR Flash的識別
29lv160_CheckId()
{
? ? U8 tmp;
? ? U16 manId,devId;
? ? int i;
? ? _RESET();
? ??
? ? _WR(0x555,0xaa);
? ? _WR(0x2aa,0x55);
? ? _WR(0x555,0x90);
? ? manId=_RD(0x0);
? ? devId=_RD(0x1);
? ? _RESET();? ?
? ? printf("Manufacture ID(0x22C4)=%4x, Device ID(0x2249)=%4x\n",manId,devId);
? ? if(manId == 0x22C4 && devId == 0x2249)
? ?? ???return 1;
? ? else?
? ?? ???return 0;
}
NOR Flash 的識別程序由四個讀寫周期就可以完成，在Flash的相關(guān)命令表中可以查到相應(yīng)ID識別的命令。
2） NOR Flash的擦除
要對NOR Flash進行寫操作，就一定要先進性擦除操作。NOR Flash 的擦除都是以塊（sector）為單位進行的，但是每一種型號的Flash的sector的大小不同，即使在同一片的Flash內(nèi)，，不同sector的大小也是不完全一樣的。
void 29lv160db_EraseSector(int targetAddr)
{
? ?? ???printf("Sector Erase is started!\n");
? ? _RESET();
? ? _WR(0x555,0xaa);
? ? _WR(0x2aa,0x55);
? ? _WR(0x555,0x80);
? ? _WR(0x555,0xaa);
_WR(0x2aa,0x55);
_WR(BADDR2WADDR(targetAddr),0x30);?
return _WAIT(BADDR2WADDR(targetAddr);? ??
}
? ?? ?? ?? ?? ?? ?

? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???
? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???圖5? Erase Operation ? ??
/**************
如上圖5所示，擦除操作時還要有一個關(guān)鍵的操作擦除查詢算法，即等待Flash擦除的過程，并返回擦除是否成功的結(jié)果。算法如右圖6所示
****************/
Int _WAIT(void)
{
unsigned int state，flashStatus，old;
old=_RD(BADDR2WADDR(0x0));
while(1)
? ? {
? ?? ???flashStatus=_RD(BADDR2WADDR(0x0));
? ?? ???if( (old&0x40) == (flashStatus&0x40) )
? ?? ?? ?? ?break;
? ?? ???if( flashStatus&0x20 )
? ?? ???{
? ?? ???//printf("[DQ5=1:%x]\n",flashStatus);
? ?? ???old=_RD(BADDR2WADDR(0x0));
? ?? ???flashStatus=_RD(BADDR2WADDR(0x0));
? ?? ???if( (old&0x40) == (flashStatus&0x40) )
? ?? ?? ?? ?return 0;
? ?? ???else return 1;
? ?? ???}
? ?? ???//printf(".");
? ?? ???old=flashStatus;
? ? }? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???//printf("!\n");
? ? return 1;?
}

圖6? Toggle Bit Algorithm
? ?? ???
以上的方法為查詢數(shù)據(jù)線上的一個特定位Toggle位。此外還有2種檢測方法，一種為提供額外的Busy信號，處理器通過不斷查詢Busy信號來得知Flash的擦除操作是否完成，一般較少應(yīng)用；一種為查詢Polling位。
3） NOR Flash 的編程操作
int 29lv160db_ProgFlash(U32 realAddr,U16 data)
{
? ?? ???_WR(0x555,0xaa);
? ?? ???_WR(0x2aa,0x55);
? ?? ???_WR(0x555,0xa0);
? ?? ???_WR(BADDR2WADDR(realAddr),data);
? ?? ?? ???return _WAIT(BADDR2WADDR(realAddr);?
? ?? ?? ??
}
對擦除過的Flash進行編程比較簡單，但仍然用到以上提到的查詢算法，速度比較慢，一般為20uS，最長的達到500uS 。
二．NAND FLASH
NAND FLASH 在對大容量的數(shù)據(jù)存儲需要中日益發(fā)展，到現(xiàn)今，所有的數(shù)碼相機、多數(shù)ＭＰ３播放器、各種類型的Ｕ盤、很多PDA里面都有NAND FLASH的身影。
1.? ?? ?Flash的簡介
NOR Flash ：
u? ?? ? 程序和數(shù)據(jù)可存放在同一片芯片上，擁有獨立的數(shù)據(jù)總線和地址總線，能快速隨機地讀取，允許系統(tǒng)直接從Flash中讀取代碼執(zhí)行，而無需先將代碼下載至ＲＡＭ中再執(zhí)行
u? ?? ? 可以單字節(jié)或單字編程，但不能單字節(jié)擦除，必須以塊為單位或?qū)φ瑘?zhí)行擦除操作，在對存儲器進行編程之前需要對塊或整片進行預(yù)編程和擦除操作。
NAND FLASH?
u? ?? ? 以頁為單位進行讀寫操作，1頁為256B或512B；以塊為單位進行擦除操作，1塊為4KB、8KB或16KB。具有快編程和快擦除的功能
u? ?? ? 數(shù)據(jù)、地址采用同一總線，實現(xiàn)串行讀取。隨機讀取速度慢且不能按字節(jié)隨機編程?
u? ?? ? 芯片尺寸小，引腳少，是位成本（bit cost）最低的固態(tài)存儲器
u? ?? ? 芯片存儲位錯誤率較高，推薦使用 ECC校驗，并包含有冗余塊，其數(shù)目大概占1%，當(dāng)某個存儲塊發(fā)生錯誤后可以進行標(biāo)注，并以冗余塊代替
u? ?? ? Samsung、TOSHIBA和Fujistu三家公司支持采用NAND技術(shù)NAND Flash。目前，Samsung公司推出的最大存儲容量可達8Gbit。NAND 主要作為SmartMedia卡、Compact Flash卡、PCMCIA ATA卡、固態(tài)盤的存儲介質(zhì)，并正成為Flash磁盤技術(shù)的核心。
2.? ?? ?NAND FLASH 和NOR FLASH 的比較
1)? ?? ? 性能比較
? ? flash閃存是非易失存儲器，可以對稱為塊的存儲器單元塊進行擦寫和再編程。任何flash器件的寫入操作只能在空或已擦除的單元內(nèi)進行，所以大多數(shù)情況下，在進行寫入操作之前必須先執(zhí)行擦除。NAND器件執(zhí)行擦除操作是十分簡單的，而NOR則要求在進行擦除前先要將目標(biāo)塊內(nèi)所有的位都寫為0。
? ? 由于擦除NOR器件時是以64～128KB的塊進行的，執(zhí)行一個寫入/擦除操作的時間為5s，與此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的塊進行的，執(zhí)行相同的操作最多只需要4ms。
? ? 執(zhí)行擦除時塊尺寸的不同進一步拉大了NOR和NADN之間的性能差距，統(tǒng)計表明，對于給定的一套寫入操作(尤其是更新小文件時)，更多的擦除操作必須在基于NOR的單元中進行。這樣，當(dāng)選擇存儲解決方案時，設(shè)計師必須權(quán)衡以下的各項因素。
? ?? ?　　● NOR的讀速度比NAND稍快一些。
? ?? ?　　● NAND的寫入速度比NOR快很多。
? ?? ?　　● NAND的4ms擦除速度遠比NOR的5s快。
? ?? ?　　● 大多數(shù)寫入操作需要先進行擦除操作。
? ?? ?　　● NAND的擦除單元更小，相應(yīng)的擦除電路更少。
2)? ?? ? 接口差別
? ? NOR flash帶有SRAM接口，有足夠的地址引腳來尋址，可以很容易地存取其內(nèi)部的每一個字節(jié)。
NAND器件使用復(fù)雜的I/O口來串行地存取數(shù)據(jù)，共用8位總線（各個產(chǎn)品或廠商的方法可能各不相同）。8個引腳用來傳送控制、地址和數(shù)據(jù)信息。NAND讀和寫操作采用512字節(jié)的頁和32KB的塊為單位，這一點有點像硬盤管理此類操作，很自然地，基于NAND的存儲器就可以取代硬盤或其他塊設(shè)備。
3)? ?? ? 容量和成本
NAND flash的單元尺寸幾乎是NOR器件的一半，由于生產(chǎn)過程更為簡單，NAND結(jié)構(gòu)可以在給定的模具尺寸內(nèi)提供更高的容量，也就相應(yīng)地降低了價格，大概只有NOR的十分之一。
NOR flash占據(jù)了容量為1～16MB閃存市場的大部分，而NAND flash只是用在8～128MB的產(chǎn)品當(dāng)中，這也說明NOR主要應(yīng)用在代碼存儲介質(zhì)中，NAND適合于數(shù)據(jù)存儲，NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC存儲卡市場上所占份額最大。
4)? ?? ? 可靠性和耐用性
采用flahs介質(zhì)時一個需要重點考慮的問題是可靠性。對于需要擴展MTBF的系統(tǒng)來說，Flash是非常合適的存儲方案。可以從壽命(耐用性)、位交換和壞塊處理三個方面來比較NOR和NAND的可靠性。
在NAND閃存中每個塊的最大擦寫次數(shù)是一百萬次，而NOR的擦寫次數(shù)是十萬次。NAND存儲器除了具有10比1的塊擦除周期優(yōu)勢，典型的NAND塊尺寸要比NOR器件小8倍，每個NAND存儲器塊在給定的時間內(nèi)的刪除次數(shù)要少一些。
5)? ?? ? 位交換（錯誤率）
所有flash器件都受位交換現(xiàn)象的困擾。在某些情況下(很少見，NAND發(fā)生的次數(shù)要比NOR多)，一個比特位會發(fā)生反轉(zhuǎn)或被報告反轉(zhuǎn)了。一位的變化可能不很明顯，但是如果發(fā)生在一個關(guān)鍵文件上，這個小小的故障可能導(dǎo)致系統(tǒng)停機。如果只是報告有問題，多讀幾次就可能解決了。當(dāng)然，如果這個位真的改變了，就必須采用錯誤探測/錯誤更正(EDC/ECC)算法。位反轉(zhuǎn)的問題更多見于NAND閃存，NAND的供應(yīng)商建議使用NAND閃存的時候，同時使用EDC/ECC算法。
這個問題對于用NAND存儲多媒體信息時倒不是致命的。當(dāng)然，如果用本地存儲設(shè)備來存儲操作系統(tǒng)、配置文件或其他敏感信息時，必須使用EDC/ECC系統(tǒng)以確保可靠性。
6)? ?? ? 壞塊處理
NAND器件中的壞塊是隨機分布的。以前也曾有過消除壞塊的努力，但發(fā)現(xiàn)成品率太低，代價太高，根本不劃算。NAND器件需要對介質(zhì)進行初始化掃描以發(fā)現(xiàn)壞塊，并將壞塊標(biāo)記為不可用。現(xiàn)在的FLSAH一般都提供冗余塊來代替壞塊如發(fā)現(xiàn)某個塊的數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤（ECC校驗），則將該塊標(biāo)注成壞塊，并以冗余塊代替。這導(dǎo)致了在NAND Flash 中，一般都需要對壞塊進行編號管理，讓每一個塊都有自己的邏輯地址。
7)? ?? ? 易于使用
可以非常直接地使用基于NOR的閃存，可以像其他存儲器那樣連接，并可以在上面直接運行代碼。由于需要I/O接口，NAND要復(fù)雜得多。各種NAND器件的存取方法因廠家而異。在使用NAND器件時，必須先寫入驅(qū)動程序，才能繼續(xù)執(zhí)行其他操作。向NAND器件寫入信息需要相當(dāng)?shù)募记?#xff0c;因為設(shè)計師絕不能向壞塊寫入，這就意味著在NAND器件上自始至終都必須進行虛擬映射。
8)? ?? ? 軟件支持
當(dāng)討論軟件支持的時候，應(yīng)該區(qū)別基本的讀/寫/擦操作和高一級的用于磁盤仿真和閃存管理算法的軟件，包括性能優(yōu)化。在NOR器件上運行代碼不需要任何的軟件支持，在NAND器件上進行同樣操作時，通常需要驅(qū)動程序，也就是內(nèi)存技術(shù)驅(qū)動程序(MTD)，NAND和NOR器件在進行寫入和擦除操作時都需要MTD。使用NOR器件時所需要的MTD要相對少一些，許多廠商都提供用于NOR器件的更高級軟件，這其中包括M-System的TrueFFS驅(qū)動，該驅(qū)動被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等廠商所采用。驅(qū)動還用于對DiskOnChip產(chǎn)品進行仿真和NAND閃存的管理，包括糾錯、壞塊處理和損耗平衡。
在掌上電腦里要使用NAND FLASH 存儲數(shù)據(jù)和程序，但是必須有NOR FLASH來啟動。除了SAMSUNG處理器，其他用在掌上電腦的主流處理器還不支持直接由NAND FLASH 啟動程序。因此，必須先用一片小的NOR FLASH 啟動機器，在把OS等軟件從NAND FLASH 載入SDRAM中運行才行。
9)? ?? ? 主要供應(yīng)商
NOR FLASH的主要供應(yīng)商是INTEL ,MICRO等廠商，曾經(jīng)是FLASH的主流產(chǎn)品，但現(xiàn)在被NANDFLASH擠的比較難受。它的優(yōu)點是可以直接從FLASH中運行程序，但是工藝復(fù)雜，價格比較貴。
NAND FLASH的主要供應(yīng)商是SAMSUNG和東芝，在U盤、各種存儲卡、MP3播放器里面的都是這種FLASH，由于工藝上的不同，它比NORFLASH擁有更大存儲容量，而且便宜。但也有缺點，就是無法尋址直接運行程序，只能存儲數(shù)據(jù)。另外NAND FLASH非常容易出現(xiàn)壞區(qū)，所以需要有校驗的算法。
3．NAND Flash的硬件設(shè)計
NAND FLASH是采用與非門結(jié)構(gòu)技術(shù)的非易失存儲器，有8位和16位兩種組織形式，下面以8位的NAND FLASH進行討論。
1)? ?? ?接口信號
與NOR Flash相比較，其數(shù)據(jù)線寬度只有8bit，沒有地址總線，I/O接口可用于控制命令和地址的輸入，也可用于數(shù)據(jù)的輸入和輸出，多了CLE和ALE來區(qū)分總線上的數(shù)據(jù)類別。
信號
類型
描述
CLE
O
命令鎖存使能
ALE
O
地址鎖存使能
nFCE
O
NAND Flash片選
NFRE
O
NAND Flash讀使能
nFWE
O
NAND Flash寫使能
NCON
I
NAND Flash配置
R/nB
I
NAND Flash Ready/Busy

2)? ?? ?地址結(jié)構(gòu)
NAND FLASH主要以頁（page）為單位進行讀寫，以塊(block)為單位進行擦除。FLASH頁的大小和塊的大小因不同類型塊結(jié)構(gòu)而不同，塊結(jié)構(gòu)有兩種：小塊（圖7）和大塊（圖8），小塊NAND FLASH包含32個頁，每頁512+16字節(jié)；大塊NAND FLASH包含64頁，每頁2048+64字節(jié)。

圖7 小塊類型NAND FLASH?


圖8 大塊類型NAND FLASH
其中，512B（或1024B）用于存放數(shù)據(jù)，16B（64B）用于存放其他信息（包括：塊好壞的標(biāo)記、塊的邏輯地址、頁內(nèi)數(shù)據(jù)的ECC校驗和等）。NAND設(shè)備的隨機讀取得效率很低，一般以頁為單位進行讀操作。系統(tǒng)在每次讀一頁后會計算其校驗和，并和存儲在頁內(nèi)的冗余的16B內(nèi)的校驗和做比較，以此來判斷讀出的數(shù)據(jù)是否正確。
大塊和小塊NAND FLASH都有與頁大小相同的頁寄存器，用于數(shù)據(jù)緩存。當(dāng)讀數(shù)據(jù)時，先從NAND FLASH內(nèi)存單元把數(shù)據(jù)讀到頁寄存器，外部通過訪問NAND FLASH I/O端口獲得頁寄存器中數(shù)據(jù)（地址自動累加）；當(dāng)寫數(shù)據(jù)時，外部通過NAND FLASH I/O端口輸入的數(shù)據(jù)首先緩存在頁寄存器，寫命令發(fā)出后才寫入到內(nèi)存單元中。
3)? ?? ?接口電路設(shè)計（以下以2410和K9F1208U為例）
2410處理器擁有專門針對 NAND設(shè)備的接口，可以很方便地和NAND設(shè)備對接，如圖9所示。雖然NAND設(shè)備的接口比較簡單，容易接到系統(tǒng)總線上，但2410處理器針對NAND設(shè)備還集成了硬件ECC校驗，這將大大提高NAND設(shè)備的讀寫效率。當(dāng)沒有處理器的ECC支持時，就需要由軟件來完成ECC校驗，這將消耗大量的CPU資源，使讀寫速度下降。



圖9? S3C2410與NAND FLASH接口電路示意圖
3．NAND FLASH 的軟件編寫和調(diào)試
? ?? NAND設(shè)備的軟件調(diào)試一般分為以下幾個步驟：設(shè)置相關(guān)寄存器、NAND 設(shè)備的初始化、NAND設(shè)備的識別、NAND設(shè)備的讀擦寫（帶ECC校驗 ）
? ? NAND設(shè)備的操作都是需要通過命令來完成，不同廠家的命令稍有不同，以下一Samsung公司的K9F1208U0M命令表為例介紹NAND設(shè)備的軟件編寫。



表2 K9F1208U0M Command Sets

1)? ?? ?根據(jù)2410寄存器定義如下的命令宏
#define NF_CMD(cmd) {rNFCMD=cmd;}
#define NF_ADDR(addr)? ?{rNFADDR=addr;}?
#define NF_nFCE_L() {rNFCONF&=~(1
#define NF_nFCE_H() {rNFCONF|=(1
#define NF_RSTECC() {rNFCONF|=(1
#define NF_RDDATA()? ???(rNFDATA)
#define NF_WRDATA(data) {rNFDATA=data;}
#define NF_WAITRB()? ? {while(!(rNFSTAT&(1
? ?? ???//wait tWB and check F_RNB pin.

2)? ?? ?NAND 設(shè)備的初始化
static void NF_Init(void)? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???//Flash 初始化
{
rNFCONF=(1? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???//設(shè)置NAND設(shè)備的相關(guān)寄存器
? ? // 1 1? ? 1? ???1,? ?1? ?? ?xxx, r xxx,? ?r xxx? ?? ???
? ? // En 512B 4step ECCR nFCE="H" tACLS? ?tWRPH0? ?tWRPH1
? ??
? ? NF_Reset();
}
static void NF_Reset(void)? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?//Flash重置?
{
? ? int i;
? ? NF_nFCE_L();
? ? NF_CMD(0xFF);? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? //reset command
? ? for(i=0;i? ?? ?? ?? ?? ?//tWB = 100ns
? ? NF_WAITRB();? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?//wait 200~500us;
? ? NF_nFCE_H();
}
3)? ?? ?NAND設(shè)備的識別? ?? ?? ?? ?? ?? ???//#define ID_K9F1208U0M 0xec76
static U16 NF_CheckId(void)? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?//Id 辨別
{
? ? int i;
? ? U16 id;
? ??
? ? NF_nFCE_L();
? ? NF_CMD(0x90);
? ? NF_ADDR(0x0);
? ??
? ? for(i=0;i? ?? ?? ?? ?? ???//wait tWB(100ns)
? ??
? ? id=NF_RDDATA()? ?? ?? ?? ?? ???// Maker code(K9F1208U:0xec)
? ? id|=NF_RDDATA();? ?? ?? ?? ?? ?? ???// Devide code(K9F1208U:0x76)
? ??
? ? NF_nFCE_H();
? ? return id;
}
4)? ?? ?NAND 的擦操作
static int NF_EraseBlock(U32 block)
{
? ? U32 blockPage=(block
? ? int i;
? ? NF_nFCE_L();
? ??
? ? NF_CMD(0x60
[q1]
);? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???// Erase one block 1st command
? ? NF_ADDR(blockPage&0xff);? ?? ?? ?? ?? ? // Page number="0"
? ? NF_ADDR((blockPage>>8)&0xff);? ?
? ? NF_ADDR((blockPage>>16)&0xff);
? ? NF_CMD(0xd0
[q2]
);? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?// Erase one blcok 2nd command
? ??
? ?for(i=0;i? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???//wait tWB(100ns)//??????
? ? NF_WAITRB();? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? // Wait tBERS max 3ms.
? ? NF_CMD(0x70);? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?// Read status command
? ? if (NF_RDDATA()&0x1)? ?? ?? ?? ?? ?? ???// Erase error
? ? {? ?
? ?? ???NF_nFCE_H();
? ? Uart_Printf("[ERASE_ERROR:block#=%d]\n",block);
? ?? ???return 0;
? ? }
? ? else?
? ? {
? ?? ???NF_nFCE_H();
? ?? ???return 1;
? ? }
}

5)? ?? ?NAND 的讀操作
static int NF_ReadPage(U32 block,U32 page,U8 *buffer)? ?? ? //讀Flash
{
? ? int i;
? ? unsigned int blockPage;
? ? U8 ecc0,ecc1,ecc2;
? ? U8 *bufPt=buffer;
? ? U8 se[16];? ??
? ??
? ? page=page&0x1f;? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?//32頁
? ? blockPage=(block? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? //1Bolck包含32頁
? ? NF_RSTECC();? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?// Initialize ECC
? ??
? ? NF_nFCE_L();? ??
? ? NF_CMD(0x00);? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???// Read command
? ? NF_ADDR(0);? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? // Column = 0
? ? NF_ADDR(blockPage&0xff);? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?//
? ? NF_ADDR((blockPage>>8)&0xff);? ?? ?? ?? ?? ?? ? // Block & Page num.
??NF_ADDR((blockPage>>16)&0xff);? ?? ?? ?? ?? ???//
? ? for(i=0;i? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???//wait tWB(100ns)
? ??
? ? NF_WAITRB();? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?// Wait tR(max 12us)
? ? for(i=0;i
? ? {
? ?? ???*bufPt++=NF_RDDATA();? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???// Read one page
}
/************************ECC校驗***************************/
? ?ecc0=rNFECC0;? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?//利用2410自帶的硬件ECC校驗
? ? ecc1=rNFECC1;
? ? ecc2=rNFECC2;
[q3]
? ???for(i=0;i
? ? {
? ?? ???se =NF_RDDATA();? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? // Read spare array
? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? //讀頁內(nèi)冗余的16B
? ? }?
? ?? ? NF_nFCE_H();? ??
? ? if(ecc0==se[0] && ecc1==se[1] && ecc2==se[2])? ?//未知使用哪一種軟件規(guī)范？
? ? {? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???//比較數(shù)據(jù)結(jié)果是否正確
? ? Uart_Printf("[ECC OK:%x,%x,%x]\n",se[0],se[1],se[2]);
? ?? ???return 1;
? ? }
? ? else
? ? {
? ? Uart_Printf("[ECC ERROR(RD):read:%x,%x,%x, reg:%x,%x,%x]\n",
? ?? ???se[0],se[1],se[2],ecc0,ecc1,ecc2);
? ?? ???return 0;
? ? }? ?? ??
}
6)? ?? ?NAND 的寫操作
static int NF_WritePage(U32 block,U32 page,U8 *buffer)? ?? ?? ?? ? //寫Flash?
{
? ? int i;
? ? U32 blockPage=(block
? ? U8 *bufPt=buffer;
? ? NF_RSTECC();? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???// Initialize ECC
? ??
? ? NF_nFCE_L();?
? ? NF_CMD(0x0
[q4]
);? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???//?????\\Read Mode 1
? ? NF_CMD(0x80);? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? // Write 1st command,數(shù)據(jù)輸入
? ? NF_ADDR(0);? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?// Column 0
? ? NF_ADDR(blockPage&0xff);? ?? ???
? ? NF_ADDR((blockPage>>8)&0xff);? ?? ?? ?? ?? ?// Block & page num.
? ? NF_ADDR((blockPage>>16)&0xff);?
? ? for(i=0;i
? ? {
? ? NF_WRDATA(*bufPt++);? ?? ?? ?? ?? ?? ???// Write one page to NFM from buffer
? ? }?
? ??
? ? seBuf[0]=rNFECC0;
? ? seBuf[1]=rNFECC1;
? ? seBuf[2]=rNFECC2;
? ? seBuf[5]=0xff;? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???// Marking good block
? ??
? ? for(i=0;i
? ? {
? ? NF_WRDATA(seBuf);? ?? ?? ?? ?? ?? ???// Write spare array(ECC and Mark)
? ? }?
[q5]

? ? NF_CMD(0x10);? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?// Write 2nd command
? ??
? ? for(i=0;i? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?//tWB = 100ns. ??????
? ? NF_WAITRB();? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? //wait tPROG 200~500us;
? ? NF_CMD(0x70);? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?// Read status command? ?
? ??
? ? for(i=0;i? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? //twhr=60ns
? ??
? ? if (NF_RDDATA()&0x1)? ?? ?? ?? ?? ?? ???// Page write error
? ? {? ?
? ?? ???NF_nFCE_H();
? ? Uart_Printf("[PROGRAM_ERROR:block#=%d]\n",block);
? ? return 0;
? ? }
? ? else?
? ? {
? ?? ???NF_nFCE_H();
? ? #if (WRITEVERIFY==1)
? ? //return NF_VerifyPage(block,page,pPage);? ?
? ? #else
? ? return 1;
? ? #endif
? ? }
}
以下討論一下NAND 設(shè)備上所支持的文件系統(tǒng)，大概現(xiàn)在有以下幾種：
A.? ?? ? JFFS2（沒有壞塊處理，支持大容量存儲的時候需要消耗大量的內(nèi)存，大量的隨機訪問降低了NAND設(shè)備的讀取效率）和YAFFS（速度快，但不支持文件的壓縮和解壓）
B.? ?? ? 支持DiskOnChip設(shè)備的TRUEFFS（True Flash File System）. TRUEFFS是M-Systems公司為其產(chǎn)品DiskOnChip開發(fā)的文件系統(tǒng)，其規(guī)范并不開放。
C.? ?? ? 由SSFDC（Solid State Floppy Disk Card）論壇定義的支持SM卡的DOS-FAT。SM卡的DOS-FAT文件系統(tǒng)是由SSFDC論壇定義的，但它必須用在標(biāo)準(zhǔn)的塊設(shè)備上。
對于大量用在各類存儲卡上的NAND 設(shè)備而言，他們幾乎都采用FAT文件系統(tǒng)，而在嵌入式操作系統(tǒng)下，還沒有驅(qū)動程序可以直接讓NAND設(shè)備采用文件系統(tǒng)，就技術(shù)角度來說，FAT文件系統(tǒng)不是很適合NAND設(shè)備，因為FAT文件系統(tǒng)的文件分區(qū)表需要不斷地擦寫，而NAND設(shè)備的只能有限次的擦寫。
? ? 在上面已經(jīng)很明顯的提到，NAND設(shè)備存在壞塊，為和上層文件系統(tǒng)接口，NAND設(shè)備的驅(qū)動程序必須給文件系統(tǒng)提供一個可靠的存儲空間，這就需要ECC（Error Corection Code）校驗，壞塊標(biāo)注、地址映射等一系列的技術(shù)手段來達到可靠存儲目的。
? ? SSFDC軟件規(guī)范中，詳細定義了如何利用NAND設(shè)備每個頁中的冗余信息來實現(xiàn)上述功能。這個軟件規(guī)范中，很重要的一個概念就是塊的邏輯地址，它將在物理上可能不連續(xù)、不可靠的空間分配編號，為他們在邏輯空間上給系統(tǒng)文件提供一個連續(xù)可靠的存儲空間。
表3給出了SSFDC規(guī)范中邏輯地址的標(biāo)注方法。在系統(tǒng)初始化的時候，驅(qū)動程序先將所有的塊掃描一遍，讀出他們所對應(yīng)的邏輯地址，并把邏輯地址和虛擬地址的映射表建好。系統(tǒng)運行時，驅(qū)動程序通過查詢映射表，找到需要訪問的邏輯地址所對應(yīng)的物理地址然后進行數(shù)據(jù)讀寫。? ?? ?
? ?? ?? ?? ?? ?表3 冗余字節(jié)定義
字節(jié)序號
內(nèi)容
字節(jié)序號
內(nèi)容
512
用戶定義數(shù)據(jù)
520
后256BECC校驗和
513
521
514
522
515
523
塊邏輯地址
516
數(shù)據(jù)狀態(tài)
524
517
塊狀態(tài)
525
前256BECC校驗和
518
塊邏輯地址1
526
519
527
表4給出了塊邏輯地址的存放格式，LA表示邏輯地址，P代表偶校驗位。邏輯地址只有10bit，代表只有1024bit的尋址空間。而SSFDC規(guī)范將NAND設(shè)備分成了多個zone，每個zone 內(nèi)有1024塊，但這物理上的1024塊映射到邏輯空間只有1000塊，其他的24塊就作為備份使用，當(dāng)有壞塊存在時，就可以以備份塊將其替換。
表4 邏輯地址格式
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
0
0
0
1
0
LA9
LA8
LA7
第518? ?523字節(jié)
LA6
LA5
LA4
LA3
LA2
LA1
LA0
P
第519? ?524字節(jié)
有了以上的軟件規(guī)范，就可以對NAND設(shè)備寫出較標(biāo)準(zhǔn)的ECC校驗，并可以編寫檢測壞塊、標(biāo)記壞塊、建立物理地址和邏輯地址的映射表的程序了。
static int NF_IsBadBlock(U32 block)? ?? ?? ?? ? //檢測壞塊
{
? ? int i;
? ? unsigned int blockPage;
? ? U8 data;
? ??
? ? blockPage=(block? ?? ? // For 2'nd cycle I/O[7:5]?
? ??
? ? NF_nFCE_L();? ??
? ? NF_CMD(0x50);? ?? ? // Spare array read command
? ? NF_ADDR(517&0xf);? ?// Read the mark of bad block in spare array(M addr="5")?
[q6]

? ? NF_ADDR(blockPage&0xff);? ? // The mark of bad block is in 0 page
? ? NF_ADDR((blockPage>>8)&0xff);? ?// For block number A[24:17]
? ? NF_ADDR((blockPage>>16)&0xff); // For block number A[25]
? ?for(i=0;i? ?? ?? ?? ?? ?// wait tWB(100ns) //?????
? ??
? ? NF_WAITRB();? ?? ?? ?? ?? ?? ???// Wait tR(max 12us)
? ??
? ? data=NF_RDDATA();
? ? NF_nFCE_H();? ??
? ? if(data!=0xff)
? ? {
? ?? ???Uart_Printf("[block %d has been marked as a bad block(%x)]\n",block,data);
? ?? ???return 1;
? ? }
? ? else
? ? {
? ?? ???return 0;
? ? }
}
static int NF_MarkBadBlock(U32 block)? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???//標(biāo)記壞塊
{
? ? int i;
? ? U32 blockPage=(block
? ? seBuf[0]=0xff;
? ? seBuf[1]=0xff;? ??
? ? seBuf[2]=0xff;? ??
? ?seBuf[5]=0x44;? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?// Bad blcok mark="0"
[q7]

? ??
? ?NF_nFCE_L();?
? ? NF_CMD(0x50);? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? //????
? ? NF_CMD(0x80);? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? // Write 1st command
? ??
? ? NF_ADDR(0x0);? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? // The mark of bad block is?
? ? NF_ADDR(blockPage&0xff);? ?? ?? ?? ?? ?? ???// marked 5th spare array?
? ? NF_ADDR((blockPage>>8)&0xff);? ?? ?? ?? ?? ?// in the 1st page.
? ? NF_ADDR((blockPage>>16)&0xff);? ?? ?? ?? ??
? ??
? ? for(i=0;i
? ? {
? ? NF_WRDATA(seBuf);? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?// Write spare array
? ? }
? ? NF_CMD(0x10);? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? // Write 2nd command
? ??
? ? for(i=0;i? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? //tWB = 100ns. ///???????
? ? NF_WAITRB();? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???// Wait tPROG(200~500us)
? ? NF_CMD(0x70);
? ??
? ? for(i=0;i? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???//twhr=60ns??????
? ??
? ? if (NF_RDDATA()&0x1)? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?// Spare arrray write error
? ? {? ?
? ?? ???NF_nFCE_H();
? ?? ???Uart_Printf("[Program error is occurred but ignored]\n");
? ? }
? ? else?
? ? {
? ?? ???NF_nFCE_H();
? ? }
? ? Uart_Printf("[block #%d is marked as a bad block]\n",block);
? ? return 1;
}
int search_logic_block(void)? ?? ?? ?? ?? ?? ???//建立物理地址到邏
//輯地址的映射表
{
? ? unsigned int block,i,blockPage,logic_no,zone,zone_i;
? ? U8 SE[16];
? ? for(i=0;i? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? //初始化全局變量
? ?? ???lg2ph=space_block=0xffff;
? ? logic_number=0;
? ? space_nr=0;
? ? NF_nFCE_L();
? ? zone=BLOCK_NR/1024;? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???//確定NAND設(shè)備中zone
//的個數(shù)
? ? for(zone_i=0;zone_i
? ? {
? ?? ???//搜索每個zone 內(nèi)邏輯地址和物理地址的映射關(guān)系
? ?? ???for(block=0;block
? ?? ???{
? ?? ?? ?? ?blockPage=((block+zone_i*1024)
? ?? ???NF_WATIRB();? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???//等待R/B#信號有效
? ?? ???
? ?? ???NF_CMD(0x50);? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? // 讀取每個block內(nèi)部第
//0個Page內(nèi)冗余的16個字節(jié)
? ?? ???NF_ADDR(0);? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?// Column 0
? ?? ???NF_ADDR(blockPage&0xff);? ?? ???
? ?? ???NF_ADDR((blockPage>>8)&0xff);? ?? ?? ?? ?? ?// Block & page num.
? ?? ???NF_ADDR((blockPage>>16)&0xff);?
? ?? ???NF_WATIRB();? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???//等待R/B#信號有效
? ?? ???for(i=0;i se=NF_RDDATA();? ?? ? // Write spare array
? ?? ???NF_WATIRB();
? ?? ???if(se[5]!=0xff)
[q8]
? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?//檢測是否存在壞塊
? ?? ?? ?? ?printk("\n\rphysic block %d is bad block\n\r",block);
? ?? ???else if(se[7]!=se[12]
[q9]
)
? ?? ?? ?? ?printk("block address1:%d!=block address2 %d\n\r",se[7],se[12]);
? ?? ???else if((se[6]
[q10]
& 0xf8)==0x10)
? ?? ???{
? ?? ?? ?? ?//計算該block對應(yīng)的邏輯地址
? ?? ?? ?? ?logic_no=((0x7&se[6])>1)+zone_i*1000;
? ?? ?? ?? ?if(lg2ph[logic_no]!=0xffff)? ?? ?? ?? ? //說明有2個block擁有相
//同的邏輯地址
? ?? ?? ?? ?? ? printk("physical block %d and block %d have the same logic number %d\n",lg2ph[logic_no],block,logic_no);
? ?? ?? ?? ?else lg2ph[logic_no]=block;? ?? ?? ?? ? //將該block的邏輯地址
//關(guān)系記入lg2ph表
? ?? ?? ?? ?logic_number++;? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ??
? ?? ???}
? ?? ???else if(se[7]==0xff)? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?//說明該block尚未編號
? ?? ???{space_block[space_nr]=block;
? ?? ???space_nr++;
? ?? ???}
? ?? ???}
? ? }
? ? printk("there are totally %d logic blocks\n\r",logic_number);
? ? NF_nFCE_H();
? ? return logic_number;
}
這段代碼的主要作用就是產(chǎn)生數(shù)組lg2ph[],這個數(shù)組的含義就是“塊物理地址=lg2ph[邏輯地址]”。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的嵌入式系统中的FLASH的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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