最近一直在致力於基於ARM920T的FLASH的讀寫，雖然這部分一般沒有多少人屑於研究，認爲比較簡單（U-boot和VIVI中都有現成的支持程序），但對於初學的我，還是盡心盡力地學習一下，目的在於自己編寫一個通用flash驅動程序，以下是前段時間對主要兩種flash的認識，大致整理了一下
FLASH
所謂Flash，是內存（Memory）的一種，但兼有RAM和ROM 的優點，是一種可在系統（In-System）進行電擦寫，掉電後信息不丟失的存儲器，同時它的高集成度和低成本使它成爲市場主流。
Flash 芯片是由內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、可整片或分扇區在系統編程（燒寫）、擦除等特點，並且可由內部嵌入的算法完成對芯片的操作，因而在各種嵌入式系統中得到了廣泛的應用。
作爲一種非易失性存儲器，Flash在系統中通常用於存放程序代碼、常量表以及一些在系統掉電後需要保存的用戶數據等。
常用的Flash爲8位或16位的數據寬度，編程電壓爲單3.3V。主要的生產廠商爲INTEL、ATMEL、AMD、HYUNDAI等。Flash 技術根據不同的應用場合也分爲不同的發展方向，有擅長存儲代碼的NOR Flash和擅長存儲數據的NAND Flash。一下對NOR Flash和NAND Flash的技術分別作了相應的介紹。
一．NOR Flash
1. 市場介紹
隨着技術的發展，愈來愈多的電子產品需要更多的智能化，這也對這些產品的程序存儲提出了更高的要求。Flash 作爲一種低成本、高集成度的存儲技術在電子產品領域的應用非常廣泛。今天90%的PC、超過90%的手機、超過50%的Modem，都是用了Flash，如今Flash市場規模已經超過了100億美元。
如此巨大的市場規模，也導致市場上的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廠商。Intel公司生產的Flash芯片多年來佔據着市場的很大份額，而它的芯片封裝形式和接口也成爲業界標準，從而爲不同品牌的Flash帶來了兼容的方便。
2. NOR Flash 的硬件設計和調試
首先，Flash 要通過系統總線接在處理器上，即保持一個高速的數據交換的通道。那麼就必須瞭解一下Flash在系統總線上的基本操作。
1） 先了解一下處理器存儲空間BANK的概念。以32位處理器S3C2410爲例，理論上可以尋址的空間爲4GB，但其中有3GB的空間都預留給處理器內部的寄存器和其他設備了，留給外部可尋址的空間只有1GB，也就是0X00000000~0X3fffffff，總共應該有30根地址線。這1GB的空間，2410處理器又根據所支持的設備的特點將它分爲了8份，每份空間有128MB，這每一份的空間又稱爲一個BANK。爲方便操作，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處理器內部30根地址線的最高三位所做的地址譯碼的結果。正因爲這3根地址線所代表的地址信息已經由8個片選信號來傳遞了，因此2410處理器最後輸出的實際地址線就只有A26~A0（如下圖1）
圖1 2410內存BANK示意圖
2）以圖2(帶nWAIT信號)爲例，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。第一個時鐘週期開始，系統地址總線給出需要訪問的存儲空間地址，經過Tacs時間後，片選信號也相應給出（鎖存當前地址線上地址信息），再經過Tcso時間後，處理器給出當前操作是讀（nOE爲低）還是寫（new爲低），並在Tacc時間內將數據數據準備好放之總線上，Tacc時間後（並查看nWAIT信號，爲低則延長本次總線操作），nOE 拉高，鎖存數據線數據。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的接口設計（現代的29LV160芯片）
29LV160存儲容量爲8M字節，工作電壓爲3.3V，採用56腳TSOP封裝或48腳FBGA封裝，16位數據寬度。29LV160僅需單3.3V電壓即可完成在系統的編程與擦除操作，通過對其內部的命令寄存器寫入標準的命令序列，可對Flash進行編程（燒寫）、整片擦除、按扇區擦除以及其他操作。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的接口和系統總線接口完全匹配，可以很容易地接到系統總線上。
3. NOR Flash的軟件設計
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週期就可以完成，在Flash的相關命令表中可以查到相應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）爲單位進行的，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，，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鍵的操作擦除查詢算法，即等待Flash擦除的過程，並返回擦除是否成功的結果。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
以上的方法爲查詢數據線上的一個特定位Toggle位。此外還有2種檢測方法，一種爲提供額外的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，一般較少應用；一種爲查詢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，一般爲20uS，最長的達到500uS 。
二．NAND FLASH
NAND FLASH 在對大容量的數據存儲需要中日益發展，到現今，所有的數碼相機、多數ＭＰ３播放器、各種類型的Ｕ盤、很多PDA裏面都有NAND FLASH的身影。
1. Flash的簡介
NOR Flash：
u 程序和數據可存放在同一片芯片上，擁有獨立的數據總線和地址總線，能快速隨機地讀取，允許系統直接從Flash中讀取代碼執行，而無需先將代碼下載至ＲＡＭ中再執行
u 可以單字節或單字編程，但不能單字節擦除，必須以塊爲單位或對整片執行擦除操作，在對存儲器進行編程之前需要對塊或整片進行預編程和擦除操作。
NAND FLASH
u 以頁爲單位進行讀寫操作，1頁爲256B或512B；以塊爲單位進行擦除操作，1塊爲4KB、8KB或16KB。具有快編程和快擦除的功能
u 數據、地址採用同一總線，實現串行讀取。隨機讀取速度慢且不能按字節隨機編程
u 芯片尺寸小，引腳少，是位成本（bit cost）最低的固態存儲器
u 芯片存儲位錯誤率較高，推薦使用 ECC校驗，幷包含有冗餘塊，其數目大概佔1%，當某個存儲塊發生錯誤後可以進行標註，並以冗餘塊代替
u Samsung、TOSHIBA和Fujistu三家公司支持採用NAND技術NAND Flash。目前，Samsung公司推出的最大存儲容量可達8Gbit。NAND 主要作爲SmartMedia卡、Compact Flash卡、PCMCIA ATA卡、固態盤的存儲介質，並正成爲Flash磁盤技術的核心。
2. NAND FLASH 和NOR FLASH 的比較
1) 性能比較
flash閃存是非易失存儲器，可以對稱爲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進行，所以大多數情況下，在進行寫入操作之前必須先執行擦除。NAND器件執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塊內所有的位都寫爲0。
由於擦除NOR器件時是以64～128KB的塊進行的，執行一個寫入/擦除操作的時間爲5s，與此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的塊進行的，執行相同的操作最多隻需要4ms。
執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，統計表明，對於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於NOR的單元中進行。這樣，當選擇存儲解決方案時，設計師必須權衡以下的各項因素。
● 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。
● 大多數寫入操作需要先進行擦除操作。
● NAND的擦除單元更小，相應的擦除電路更少。
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部的每一個字節。
NAND器件使用複雜的I/O口來串行地存取數據，共用8位總線（各個產品或廠商的方法可能各不相同）。8個引腳用來傳送控制、地址和數據信息。NAND讀和寫操作採用512字節的頁和32KB的塊爲單位，這一點有點像硬盤管理此類操作，很自然地，基於NAND的存儲器就可以取代硬盤或其他塊設備。
3) 容量和成本
NAND flash的單元尺寸幾乎是NOR器件的一半，由於生產過程更爲簡單，NAND結構可以在給定的模具尺寸內提供更高的容量，也就相應地降低了價格，大概只有NOR的十分之一。
NOR flash佔據了容量爲1～16MB閃存市場的大部分，而NAND flash只是用在8～128MB的產品當中，這也說明NOR主要應用在代碼存儲介質中，NAND適合於數據存儲，NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC存儲卡市場上所佔份額最大。
4) 可靠性和耐用性
採用flahs介質時一個需要重點考慮的問題是可靠性。對於需要擴展MTBF的系統來說，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是一百萬次，而NOR的擦寫次數是十萬次。NAND存儲器除了具有10比1的塊擦除週期優勢，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的刪除次數要少一些。
5) 位交換（錯誤率）
所有flash器件都受位交換現象的困擾。在某些情況下(很少見，NAND發生的次數要比NOR多)，一個比特位會發生反轉或被報告反轉了。一位的變化可能不很明顯，但是如果發生在一個關鍵文件上，這個小小的故障可能導致系統停機。如果只是報告有問題，多讀幾次就可能解決了。當然，如果這個位真的改變了，就必須採用錯誤探測/錯誤更正(EDC/ECC)算法。位反轉的問題更多見於NAND閃存，NAND的供應商建議使用NAND閃存的時候，同時使用EDC/ECC算法。
這個問題對於用NAND存儲多媒體信息時倒不是致命的。當然，如果用本地存儲設備來存儲操作系統、配置文件或其他敏感信息時，必須使用EDC/ECC系統以確保可靠性。
6) 壞塊處理
NAND器件中的壞塊是隨機分佈的。以前也曾有過消除壞塊的努力，但發現成品率太低，代價太高，根本不划算。NAND器件需要對介質進行初始化掃描以發現壞塊，並將壞塊標記爲不可用。現在的FLSAH一般都提供冗餘塊來代替壞塊如發現某個塊的數據發生錯誤（ECC校驗），則將該塊標註成壞塊，並以冗餘塊代替。這導致了在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) 易於使用
可以非常直接地使用基於NOR的閃存，可以像其他存儲器那樣連接，並可以在上面直接運行代碼。由於需要I/O接口，NAND要複雜得多。各種NAND器件的存取方法因廠家而異。在使用NAND器件時，必須先寫入驅動程序，才能繼續執行其他操作。向NAND器件寫入信息需要相當的技巧，因爲設計師絕不能向壞塊寫入，這就意味着在NAND器件上自始至終都必須進行虛擬映射。
8) 軟件支持
當討論軟件支持的時候，應該區別基本的讀/寫/擦操作和高一級的用於磁盤仿真和閃存管理算法的軟件，包括性能優化。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，通常需要驅動程序，也就是內存技術驅動程序(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，許多廠商都提供用於NOR器件的更高級軟件，這其中包括M-System的TrueFFS驅動，該驅動被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等廠商所採用。驅動還用於對DiskOnChip產品進行仿真和NAND閃存的管理，包括糾錯、壞塊處理和損耗平衡。
在掌上電腦裏要使用NAND FLASH 存儲數據和程序，但是必須有NOR FLASH來啓動。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 啓動程序。因此，必須先用一片小的NOR FLASH 啓動機器，在把OS等軟件從NAND FLASH 載入SDRAM中運行纔行。
9) 主要供應商
NOR FLASH的主要供應商是INTEL ,MICRO等廠商，曾經是FLASH的主流產品，但現在被NANDFLASH擠的比較難受。它的優點是可以直接從FLASH中運行程序，但是工藝複雜，價格比較貴。
NAND FLASH的主要供應商是SAMSUNG和東芝，在U盤、各種存儲卡、MP3播放器裏面的都是這種FLASH，由於工藝上的不同，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，只能存儲數據。另外NAND FLASH非常容易出現壞區，所以需要有校驗的算法。
3．NAND Flash的硬件設計
NAND FLASH是採用與非門結構技術的非易失存儲器，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，其數據線寬度只有8bit，沒有地址總線，I/O接口可用於控制命令和地址的輸入，也可用於數據的輸入和輸出，多了CLE和ALE來區分總線上的數據類別。
|
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) 地址結構
NAND FLASH主要以頁（page）爲單位進行讀寫，以塊(block)爲單位進行擦除。FLASH頁的大小和塊的大小因不同類型塊結構而不同，塊結構有兩種：小塊（圖7）和大塊（圖8），小塊NAND FLASH包含32個頁，每頁512+16字節；大塊NAND FLASH包含64頁，每頁2048+64字節。
圖7 小塊類型NAND FLASH
圖8 大塊類型NAND FLASH
其中，512B（或1024B）用於存放數據，16B（64B）用於存放其他信息（包括：塊好壞的標記、塊的邏輯地址、頁內數據的ECC校驗和等）。NAND設備的隨機讀取得效率很低，一般以頁爲單位進行讀操作。系統在每次讀一頁後會計算其校驗和，並和存儲在頁內的冗餘的16B內的校驗和做比較，以此來判斷讀出的數據是否正確。
大塊和小塊NAND FLASH都有與頁大小相同的頁寄存器，用於數據緩存。當讀數據時，先從NAND FLASH內存單元把數據讀到頁寄存器，外部通過訪問NAND FLASH I/O端口獲得頁寄存器中數據（地址自動累加）；當寫數據時，外部通過NAND FLASH I/O端口輸入的數據首先緩存在頁寄存器，寫命令發出後才寫入到內存單元中。
3) 接口電路設計（以下以2410和K9F1208U爲例）
2410處理器擁有專門針對 NAND設備的接口，可以很方便地和NAND設備對接，如圖9所示。雖然NAND設備的接口比較簡單，容易接到系統總線上，但2410處理器針對NAND設備還集成了硬件ECC校驗，這將大大提高NAND設備的讀寫效率。當沒有處理器的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 的軟件編寫和調試
NAND設備的軟件調試一般分爲以下幾個步驟：設置相關寄存器、NAND 設備的初始化、NAND設備的識別、NAND設備的讀擦寫（帶ECC校驗 ）
NAND設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命令表爲例介紹NAND設備的軟件編寫。
表2 K9F1208U0M Command Sets
1) 根據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<<11);}
#define NF_nFCE_H() {rNFCONF|=(1<<11);}
#define NF_RSTECC() {rNFCONF|=(1<<12);}
#define NF_RDDATA() (rNFDATA)
#define NF_WRDATA(data) {rNFDATA=data;}
#define NF_WAITRB() {while(!(rNFSTAT&(1<<0)));}
//wait tWB and check F_RNB pin.
2) NAND 設備的初始化
static void NF_Init(void) //Flash 初始化
{
rNFCONF=(1<<15)|(1<<14)|(1<<13)|(1<<12)|(1<<11)|(TACLS<<8)|(TWRPH0<<4)|(TWRPH1<<0); //設置NAND設備的相關寄存器
// 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<10;i++); //tWB = 100ns
NF_WAITRB(); //wait 200~500us;
NF_nFCE_H();
}
3) NAND設備的識別 //#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<10;i++); //wait tWB(100ns)
id=NF_RDDATA()<<8; // 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<<5);
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<10;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<<5)+page; //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<10;i++); //wait tWB(100ns)
NF_WAITRB(); // Wait tR(max 12us)
for(i=0;i<512;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<16;i++)
{
se[i]=NF_RDDATA(); // Read spare array
//讀頁內冗餘的16B
}
NF_nFCE_H();
if(ecc0==se[0] && ecc1==se[1] && ecc2==se[2]) //未知使用哪一種軟件規範？
{ //比較數據結果是否正確
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<<5)+page;
U8 *bufPt=buffer;
NF_RSTECC(); // Initialize ECC
NF_nFCE_L();
NF_CMD(0x0[q4] ); //?????//Read Mode 1
NF_CMD(0x80); // Write 1st command,數據輸入
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<512;i++)
{
NF_WRDATA(*bufPt++); // Write one page to NFM from buffer
}
seBuf[1]=rNFECC1;
seBuf[2]=rNFECC2;
seBuf[5]=0xff; // Marking good block
for(i=0;i<16;i++)
{
NF_WRDATA(seBuf[i]); // Write spare array(ECC and Mark)
}
NF_CMD(0x10); // Write 2nd command
for(i=0;i<10;i++); //tWB = 100ns. ////??????
NF_WAITRB(); //wait tPROG 200~500us;
NF_CMD(0x70); // Read status command
for(i=0;i<3;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 設備上所支持的文件系統，大概現在有以下幾種：
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存，大量的隨機訪問降低了NAND設備的讀取效率）和YAFFS（速度快，但不支持文件的壓縮和解壓）
B. 支持DiskOnChip設備的TRUEFFS（True Flash File System）. TRUEFFS是M-Systems公司爲其產品DiskOnChip開發的文件系統，其規範並不開放。
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文件系統是由SSFDC論壇定義的，但它必須用在標準的塊設備上。
對於大量用在各類存儲卡上的NAND 設備而言，他們幾乎都採用FAT文件系統，而在嵌入式操作系統下，還沒有驅動程序可以直接讓NAND設備採用文件系統，就技術角度來說，FAT文件系統不是很適合NAND設備，因爲FAT文件系統的文件分區表需要不斷地擦寫，而NAND設備的只能有限次的擦寫。
在上面已經很明顯的提到，NAND設備存在壞塊，爲和上層文件系統接口，NAND設備的驅動程序必須給文件系統提供一個可靠的存儲空間，這就需要ECC（Error Corection Code）校驗，壞塊標註、地址映射等一系列的技術手段來達到可靠存儲目的。
SSFDC軟件規範中，詳細定義瞭如何利用NAND設備每個頁中的冗餘信息來實現上述功能。這個軟件規範中，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、不可靠的空間分配編號，爲他們在邏輯空間上給系統文件提供一個連續可靠的存儲空間。
表3給出了SSFDC規範中邏輯地址的標註方法。在系統初始化的時候，驅動程序先將所有的塊掃描一遍，讀出他們所對應的邏輯地址，並把邏輯地址和虛擬地址的映射表建好。系統運行時，驅動程序通過查詢映射表，找到需要訪問的邏輯地址所對應的物理地址然後進行數據讀寫。
表3 冗餘字節定義
|
字節序號 |
內容 |
字節序號 |
內容 |
|
512 |
用戶定義數據 |
520 |
後256BECC校驗和 |
|
513 |
521 |
||
|
514 |
522 |
||
|
515 |
523 |
塊邏輯地址 |
|
|
516 |
數據狀態 |
524 |
|
|
517 |
塊狀態 |
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規範將NAND設備分成了多個zone，每個zone 內有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塊就作爲備份使用，當有壞塊存在時，就可以以備份塊將其替換。
表4 邏輯地址格式
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D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
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0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
LA9 |
LA8 |
LA7 |
第518 523字節 |
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LA6 |
LA5 |
LA4 |
LA3 |
LA2 |
LA1 |
LA0 |
P |
第519 524字節 |
有了以上的軟件規範，就可以對NAND設備寫出較標準的ECC校驗，並可以編寫檢測壞塊、標記壞塊、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<<5); // 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<10;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) //標記壞塊
{
int i;
U32 blockPage=(block<<5);
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<16;i++)
{
NF_WRDATA(seBuf[i]); // Write spare array
}
NF_CMD(0x10); // Write 2nd command
for(i=0;i<10;i++); //tWB = 100ns. ///???????
NF_WAITRB(); // Wait tPROG(200~500us)
NF_CMD(0x70);
for(i=0;i<3;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<BLOCK_NR;i++) //初始化全局變量
lg2ph[i]=space_block[i]=0xffff;
logic_number=0;
space_nr=0;
NF_nFCE_L();
zone=BLOCK_NR/1024; //確定NAND設備中zone
//的個數
for(zone_i=0;zone_i<zone;zone_i++)
{
//搜索每個zone 內邏輯地址和物理地址的映射關係
for(block=0;block<1024;block++)
{
blockPage=((block+zone_i*1024)<<BLOCK_ADDRERSS_SHIFT);
NF_WATIRB(); //等待R/B#信號有效
NF_CMD(0x50); // 讀取每個block內部第
//0個Page內冗餘的16個字節
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<16;i++) se[i]=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對應的邏輯地址
logic_no=((0x7&se[6])<<7)+(se[7]>>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
//關係記入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生數組lg2ph[],這個數組的含義就是“塊物理地址=lg2ph[邏輯地址]”。
來自於：http://blog.ednchina.com/lanzhucao/28454/message.aspx