原创 FLASH的读写

2007-5-18 13:52 15963 9 17 分类: MCU/ 嵌入式

 


最近一直在致力于基于ARM920T的FLASH的读写,虽然这部分一般没有多少人屑于研究,认为比较简单(U-boot和VIVI中都有现成的支持程序),但对于初学的我,还是尽心尽力地学习一下,目的在于自己编写一个通用flash驱动程序,以下是前段时间对主要两种flash的认识,大致整理了一下


 


 


FLASH<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />


    所谓Flash,是内存(Memory)的一种,但兼有RAMROM 的优点,是一种可在系统(In-System)进行电擦写,掉电后信息不丢失的存储器,同时它的高集成度和低成本使它成为市场主流。


    Flash 芯片是由内部成千上万个存储单元组成的,每个单元存储一个bit具有低功耗、大容量、擦写速度快、可整片或分扇区在系统编程(烧写)、擦除等特点,并且可由内部嵌入的算法完成对芯片的操作,因而在各种嵌入式系统中得到了广泛的应用。


作为一种非易失性存储器,Flash在系统中通常用于存放程序代码、常量表以及一些在系统掉电后需要保存的用户数据等。


常用的Flash8位或16位的数据宽度,编程电压为单3.3V。主要的生产厂商为INTELATMELAMDHYUNDAI等。Flash 技术根据不同的应用场合也分为不同的发展方向,有擅长存储代码的NOR Flash和擅长存储数据的NAND Flash。一下对NOR FlashNAND Flash的技术分别作了相应的介绍。


 


一.NOR Flash


1.      市场介绍


随着技术的发展,愈来愈多的电子产品需要更多的智能化,这也对这些产品的程序存储提出了更高的要求。Flash 作为一种低成本、高集成度的存储技术在电子产品领域的应用非常广泛。今天90%PC、超过90%的手机、超过50%Modem,都是用了Flash,如今Flash市场规模已经超过了100亿美元。


如此巨大的市场规模,也导致市场上的Flash 品牌层出不穷。在NOR Flash市场中,Intel公司是非常重要的一家生产厂商。Intel公司生产的Flash芯片多年来占据着市场的很大份额,而它的芯片封装形式和接口也成为业界标准,从而为不同品牌的Flash带来了兼容的方便。


2.      NOR Flash 的硬件设计和调试


首先,Flash 要通过系统总线接在处理器上,即保持一个高速的数据交换的通道。那么就必须了解一下Flash在系统总线上的基本操作。


1) 先了解一下处理器存储空间BANK的概念。以32位处理器S<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />3C2410为例,理论上可以寻址的空间为4GB,但其中有3GB的空间都预留给处理器内部的寄存器和其他设备了,留给外部可寻址的空间只有1GB,也就是0X00000000~0X3fffffff,总共应该有30根地址线。这1GB的空间,2410处理器又根据所支持的设备的特点将它分为了8份,每份空间有128MB,这每一份的空间又称为一个BANK。为方便操作,2410独立地给了每个BANK一个片选信号(nGCS7~nGCS0)。其实这8个片选信号可以看作是2410处理器内部30根地址线的最高三位所做的地址译码的结果。正因为这3根地址线所代表的地址信息已经由8个片选信号来传递了,因此2410处理器最后输出的实际地址线就只有A26~A0(如下图1


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<?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" />


1  2410内存BANK示意图


 


    2)以图2(nWAIT信号)为例,描述一下处理器的总线的读操作过程,来说明Flash整体读、写的流程。第一个时钟周期开始,系统地址总线给出需要访问的存储空间地址,经过Tacs时间后,片选信号也相应给出(锁存当前地址线上地址信息),再经过Tcso时间后,处理器给出当前操作是读(nOE为低)还是写(new为低),并在Tacc时间内将数据数据准备好放之总线上,Tacc时间后(并查看nWAIT信号,为低则延长本次总线操作),nOE 拉高,锁存数据线数据。这样一个总线操作就基本完成


 



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2  nWAIT 信号的总线读操作


 


3NOR Flash的接口设计(现代的29LV160芯片)


29LV160存储容量为8M字节,工作电压为3.3V,采用56TSOP封装或48FBGA封装,16位数据宽度。29LV160仅需单3.3V电压即可完成在系统的编程与擦除操作,通过对其内部的命令寄存器写入标准的命令序列,可对Flash进行编程(烧写)、整片擦除、按扇区擦除以及其他操作。引脚信号描述和接口电路分别如图3和图4所示。



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3 29LV160引脚信号描述


 


 



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4  FLASH29LV160)接口电路


 


可以从信号引脚图3和总线操作图2看出,NOR Flash的接口和系统总线接口完全匹配,可以很容易地接到系统总线上。


 


3.      NOR Flash的软件设计


Flash 的命令很多,但常用到的命令就3种:识别、擦除、编程命令。以下就对3种命令作分别的简要介绍:


1)  NOR Flash的识别


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 的识别程序由四个读写周期就可以完成,在Flash的相关命令表中可以查到相应ID识别的命令。


 


2)  NOR Flash的擦除


要对NOR Flash进行写操作,就一定要先进性擦除操作。NOR Flash 的擦除都是以块(sector)为单位进行的,但是每一种型号的Flashsector的大小不同,即使在同一片的Flash内,,不同sector的大小也是不完全一样的。


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);   


 }


 


 


                  204a3ae4-1278-471c-aea4-b4d079ec47b9.JPG                          


                      5  Erase Operation   


 


/**************


如上图5所示,擦除操作时还要有一个关键的操作擦除查询算法,即等待Flash擦除的过程,并返回擦除是否成功的结果。算法如右图6所示


<?xml:namespace prefix = w ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:word" />****************/


Int  _WAIT(void)


{


unsigned int stateflashStatusold;


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;


}



6  Toggle Bit Algorithm


       


以上的方法为查询数据线上的一个特定位Toggle位。此外还有2种检测方法,一种为提供额外的Busy信号,处理器通过不断查询Busy信号来得知Flash的擦除操作是否完成,一般较少应用;一种为查询Polling位。


 


3)  NOR Flash 的编程操作


int 29lv160db_ProgFlash(U32 realAddr,U16 data)


{


        _WR(0x555,0xaa);


        _WR(0x2aa,0x55);


        _WR(0x555,0xa0);


 


        _WR(BADDR2WADDR(realAddr),data);


           return  _WAIT(BADDR2WADDR(realAddr);


         


}


对擦除过的Flash进行编程比较简单,但仍然用到以上提到的查询算法,速度比较慢,一般为20uS,最长的达到500uS


 


二.NAND FLASH


NAND FLASH 在对大容量的数据存储需要中日益发展,到现今,所有的数码相机、多数MP3播放器、各种类型的U盘、很多PDA里面都有NAND FLASH的身影。


1.      Flash的简介


NOR Flash


u       程序和数据可存放在同一片芯片上,拥有独立的数据总线和地址总线,能快速随机地读取,允许系统直接从Flash中读取代码执行,而无需先将代码下载至RAM中再执行


u       可以单字节或单字编程,但不能单字节擦除,必须以块为单位或对整片执行擦除操作,在对存储器进行编程之前需要对块或整片进行预编程和擦除操作。


 


NAND FLASH


u       以页为单位进行读写操作,1页为256B512B;以块为单位进行擦除操作,1块为4KB8KB16KB。具有快编程和快擦除的功能


u       数据、地址采用同一总线,实现串行读取。随机读取速度慢且不能按字节随机编程


u       芯片尺寸小,引脚少,是位成本(bit cost)最低的固态存储器


u       芯片存储位错误率较高,推荐使用 ECC校验,并包含有冗余块,其数目大概占1%,当某个存储块发生错误后可以进行标注,并以冗余块代替


u       SamsungTOSHIBAFujistu三家公司支持采用NAND技术NAND Flash。目前,Samsung公司推出的最大存储容量可达8GbitNAND 主要作为SmartMedia卡、Compact Flash卡、PCMCIA ATA卡、固态盘的存储介质,并正成为Flash磁盘技术的核心。


2.      NAND FLASH NOR FLASH 的比较


1)       性能比较


    flash闪存是非易失存储器,可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行,所以大多数情况下,在进行写入操作之前必须先执行擦除。NAND器件执行擦除操作是十分简单的,而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为0


    由于擦除NOR器件时是以64128KB的块进行的,执行一个写入/擦除操作的时间为5s,与此相反,擦除NAND器件是以832KB的块进行的,执行相同的操作最多只需要4ms


    执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了NORNADN之间的性能差距,统计表明,对于给定的一套写入操作(尤其是更新小文件时),更多的擦除操作必须在基于NOR的单元中进行。这样,当选择存储解决方案时,设计师必须权衡以下的各项因素。


        ● NOR的读速度比NAND稍快一些。


        ● NAND的写入速度比NOR快很多。


        ● NAND4ms擦除速度远比NOR5s快。


        大多数写入操作需要先进行擦除操作。


        ● NAND的擦除单元更小,相应的擦除电路更少。


2)       接口差别


    NOR flash带有SRAM接口,有足够的地址引脚来寻址,可以很容易地存取其内部的每一个字节。


NAND器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据,共用8位总线(各个产品或厂商的方法可能各不相同)。8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。NAND读和写操作采用512字节的页和32KB的块为单位,这一点有点像硬盘管理此类操作,很自然地,基于NAND的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。


3)       容量和成本


NAND flash的单元尺寸几乎是NOR器件的一半,由于生产过程更为简单,NAND结构可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量,也就相应地降低了价格,大概只有NOR的十分之一。


NOR flash占据了容量为116MB闪存市场的大部分,而NAND flash只是用在8128MB的产品当中,这也说明NOR主要应用在代码存储介质中,NAND适合于数据存储,NANDCompactFlashSecure DigitalPC CardsMMC存储卡市场上所占份额最大。


4)       可靠性和耐用性


采用flahs介质时一个需要重点考虑的问题是可靠性。对于需要扩展MTBF的系统来说,Flash是非常合适的存储方案。可以从寿命(耐用性)、位交换和坏块处理三个方面来比较NORNAND的可靠性。


NAND闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次,而NOR的擦写次数是十万次。NAND存储器除了具有101的块擦除周期优势,典型的NAND块尺寸要比NOR器件小8倍,每个NAND存储器块在给定的时间内的删除次数要少一些。


5)       位交换(错误率)


所有flash器件都受位交换现象的困扰。在某些情况下(很少见,NAND发生的次数要比NOR),一个比特位会发生反转或被报告反转了。一位的变化可能不很明显,但是如果发生在一个关键文件上,这个小小的故障可能导致系统停机。如果只是报告有问题,多读几次就可能解决了。当然,如果这个位真的改变了,就必须采用错误探测/错误更正(EDC/ECC)算法。位反转的问题更多见于NAND闪存,NAND的供应商建议使用NAND闪存的时候,同时使用EDC/ECC算法。


这个问题对于用NAND存储多媒体信息时倒不是致命的。当然,如果用本地存储设备来存储操作系统、配置文件或其他敏感信息时,必须使用EDC/ECC系统以确保可靠性。


6)       坏块处理


NAND器件中的坏块是随机分布的。以前也曾有过消除坏块的努力,但发现成品率太低,代价太高,根本不划算。NAND器件需要对介质进行初始化扫描以发现坏块,并将坏块标记为不可用。现在的FLSAH一般都提供冗余块来代替坏块如发现某个块的数据发生错误(ECC校验),则将该块标注成坏块,并以冗余块代替。这导致了在NAND Flash 中,一般都需要对坏块进行编号管理,让每一个块都有自己的逻辑地址。


7)       易于使用


可以非常直接地使用基于NOR的闪存,可以像其他存储器那样连接,并可以在上面直接运行代码。由于需要I/O接口,NAND要复杂得多。各种NAND器件的存取方法因厂家而异。在使用NAND器件时,必须先写入驱动程序,才能继续执行其他操作。向NAND器件写入信息需要相当的技巧,因为设计师绝不能向坏块写入,这就意味着在NAND器件上自始至终都必须进行虚拟映射。


8)       软件支持


当讨论软件支持的时候,应该区别基本的读//擦操作和高一级的用于磁盘仿真和闪存管理算法的软件,包括性能优化。在NOR器件上运行代码不需要任何的软件支持,在NAND器件上进行同样操作时,通常需要驱动程序,也就是内存技术驱动程序(MTD)NANDNOR器件在进行写入和擦除操作时都需要MTD。使用NOR器件时所需要的MTD要相对少一些,许多厂商都提供用于NOR器件的更高级软件,这其中包括M-SystemTrueFFS驱动,该驱动被Wind River SystemMicrosoftQNX Software SystemSymbianIntel等厂商所采用。驱动还用于对DiskOnChip产品进行仿真和NAND闪存的管理,包括纠错、坏块处理和损耗平衡。


在掌上电脑里要使用NAND FLASH 存储数据和程序,但是必须有NOR FLASH来启动。除了SAMSUNG处理器,其他用在掌上电脑的主流处理器还不支持直接由NAND FLASH 启动程序。因此,必须先用一片小的NOR FLASH 启动机器,在把OS等软件从NAND FLASH 载入SDRAM中运行才行。


9)       主要供应商


NOR FLASH的主要供应商是INTEL ,MICRO等厂商,曾经是FLASH的主流产品,但现在被NANDFLASH挤的比较难受。它的优点是可以直接从FLASH中运行程序,但是工艺复杂,价格比较贵。


NAND FLASH的主要供应商是SAMSUNG和东芝,在U盘、各种存储卡、MP3播放器里面的都是这种FLASH,由于工艺上的不同,它比NORFLASH拥有更大存储容量,而且便宜。但也有缺点,就是无法寻址直接运行程序,只能存储数据。另外NAND FLASH非常容易出现坏区,所以需要有校验的算法。


 


3NAND Flash的硬件设计


NAND FLASH是采用与非门结构技术的非易失存储器8位和16位两种组织形式下面以8位的NAND FLASH进行讨论。


1)      接口信号


NOR Flash相比较,其数据线宽度只有8bit,没有地址总线,I/O接口可用于控制命令和地址的输入,也可用于数据的输入和输出,多了CLEALE来区分总线上的数据类别。



信号


类型


描述


CLE


O


命令锁存使能


ALE


O


地址锁存使能


nFCE


O


NAND Flash片选


NFRE


O


NAND Flash读使能


nFWE


O


NAND Flash写使能


NCON


I


NAND Flash配置


R/nB


I


NAND Flash Ready/Busy


 


2)      地址结构


NAND FLASH主要以页(page)为单位进行读写,以块(block)为单位进行擦除。FLASH页的大小和块的大小因不同类型块结构而不同,块结构有两种:小块(图7)和大块(图8),小块NAND FLASH包含32个页,每页512+16字节;大块NAND FLASH包含64页,每页2048+64字节。



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7  小块类型NAND FLASH


 


 



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8  大块类型NAND FLASH


其中,512B(或1024B)用于存放数据,16B64B)用于存放其他信息(包括:块好坏的标记、块的逻辑地址、页内数据的ECC校验和等)NAND设备的随机读取得效率很低,一般以页为单位进行读操作。系统在每次读一页后会计算其校验和,并和存储在页内的冗余的16B内的校验和做比较,以此来判断读出的数据是否正确。


大块和小块NAND FLASH都有与页大小相同的页寄存器,用于数据缓存。当读数据时,先从NAND FLASH内存单元把数据读到页寄存器,外部通过访问NAND FLASH I/O端口获得页寄存器中数据(地址自动累加);当写数据时,外部通过NAND FLASH I/O端口输入的数据首先缓存在页寄存器,写命令发出后才写入到内存单元中。


 


3)      接口电路设计(以下以2410K9F1208U为例)


2410处理器拥有专门针对 NAND设备的接口,可以很方便地和NAND设备对接,如图9所示。虽然NAND设备的接口比较简单,容易接到系统总线上,但2410处理器针对NAND设备还集成了硬件ECC校验,这将大大提高NAND设备的读写效率。当没有处理器的ECC支持时,就需要由软件来完成ECC校验,这将消耗大量的CPU资源,使读写速度下降。



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9 S3C2410NAND FLASH接口电路示意图


 


3NAND FLASH 的软件编写和调试


    NAND设备的软件调试一般分为以下几个步骤:设置相关寄存器、NAND 设备的初始化、NAND设备的识别、NAND设备的读擦写(带ECC校验 )


    NAND设备的操作都是需要通过命令来完成,不同厂家的命令稍有不同,以下一Samsung公司的K9F1208U0M命令表为例介绍NAND设备的软件编写。


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2  K9F1208U0M  Command Sets



 


1)      根据2410寄存器定义如下的命令宏


#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 设备的初始化


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);                                            //设置NAND设备的相关寄存器


    // 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设备的识别                    //#define ID_K9F1208U0M  0xec76


static U16 NF_CheckId(void)                            //Id 辨别


{


    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 的读操作


static int NF_ReadPage(U32 block,U32 page,U8 *buffer)        //Flash


{


    int i;


    unsigned int blockPage;


    U8 ecc0,ecc1,ecc2;


    U8 *bufPt=buffer;


    U8 se[16];    


   


    page=page&0x1f;                                 //32


    blockPage=(block<<5)+page;                      //1Bolck包含32


    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校验***************************/


    ecc0=rNFECC0;                              //利用2410自带的硬件ECC校验


    ecc1=rNFECC1;


    ecc2=rNFECC2;


[q3]     for(i=0;i<16;i++)


    {


        se=NF_RDDATA();                          // Read spare array


                                                    //读页内冗余的16B


    }


       NF_nFCE_H();   


 


    if(ecc0==se[0] && ecc1==se[1] && ecc2==se[2])   //未知使用哪一种软件规范?


    {                                               //比较数据结果是否正确


    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 的写操作


static int NF_WritePage(U32 block,U32 page,U8 *buffer)             //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,数据输入


    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[0]=rNFECC0;


    seBuf[1]=rNFECC1;


    seBuf[2]=rNFECC2;


    seBuf[5]=0xff;                          // Marking good block


   


    for(i=0;i<16;i++)


    {


    NF_WRDATA(seBuf);                    // Write spare array(ECC and Mark)


    } 


[q5] 


    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


    }


}


 


以下讨论一下NAND 设备上所支持的文件系统,大概现在有以下几种:


A.       JFFS2(没有坏块处理,支持大容量存储的时候需要消耗大量的内存,大量的随机访问降低了NAND设备的读取效率)和YAFFS(速度快,但不支持文件的压缩和解压)


B.       支持DiskOnChip设备的TRUEFFSTrue Flash File System. TRUEFFSM-Systems公司为其产品DiskOnChip开发的文件系统,其规范并不开放。


C.       SSFDCSolid State Floppy Disk Card)论坛定义的支持SM卡的DOS-FATSM卡的DOS-FAT文件系统是由SSFDC论坛定义的,但它必须用在标准的块设备上。


对于大量用在各类存储卡上的NAND 设备而言,他们几乎都采用FAT文件系统,而在嵌入式操作系统下,还没有驱动程序可以直接让NAND设备采用文件系统,就技术角度来说,FAT文件系统不是很适合NAND设备,因为FAT文件系统的文件分区表需要不断地擦写,而NAND设备的只能有限次的擦写。


 


    在上面已经很明显的提到,NAND设备存在坏块,为和上层文件系统接口,NAND设备的驱动程序必须给文件系统提供一个可靠的存储空间,这就需要ECCError Corection Code)校验,坏块标注、地址映射等一系列的技术手段来达到可靠存储目的。


    SSFDC软件规范中,详细定义了如何利用NAND设备每个页中的冗余信息来实现上述功能。这个软件规范中,很重要的一个概念就是块的逻辑地址,它将在物理上可能不连续、不可靠的空间分配编号,为他们在逻辑空间上给系统文件提供一个连续可靠的存储空间。


3给出了SSFDC规范中逻辑地址的标注方法。在系统初始化的时候,驱动程序先将所有的块扫描一遍,读出他们所对应的逻辑地址,并把逻辑地址和虚拟地址的映射表建好。系统运行时,驱动程序通过查询映射表,找到需要访问的逻辑地址所对应的物理地址然后进行数据读写。     


 


 


 


 


 


 


                3 冗余字节定义



字节序号


内容


字节序号


内容


512


用户定义数据


520


256BECC校验和


513


521


514


522


515


523


块逻辑地址


516


数据状态


524


517


块状态


525


256BECC校验和


518


块逻辑地址1


526


519


527


 


4给出了块逻辑地址的存放格式,LA表示逻辑地址,P代表偶校验位。逻辑地址只有10bit,代表只有1024bit的寻址空间。而SSFDC规范将NAND设备分成了多个zone,每个zone 内有1024块,但这物理上的1024块映射到逻辑空间只有1000块,其他的24块就作为备份使用,当有坏块存在时,就可以以备份块将其替换。


4  逻辑地址格式




D7


D6


D5


D4


D3


D2


D1


D0


 


0


0


0


1


0


LA9


LA8


LA7


518   523字节


LA6


LA5


LA4


LA3


LA2


LA1


LA0


P


519   524字节


 


有了以上的软件规范,就可以对NAND设备写出较标准的ECC校验,并可以编写检测坏块、标记坏块、建立物理地址和逻辑地址的映射表的程序了。


 


static int NF_IsBadBlock(U32 block)             //检测坏块


{


    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)                       //标记坏块


{


    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);                        // 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)                    //建立物理地址到逻


//辑地址的映射表


{


    unsigned int block,i,blockPage,logic_no,zone,zone_i;


    U8 SE[16];


    for(i=0;i<BLOCK_NR;i++)                         //初始化全局变量


        lg2ph=space_block=0xffff;


    logic_number=0;


    space_nr=0;


 


    NF_nFCE_L();


    zone=BLOCK_NR/1024;                             //确定NAND设备中zone


//的个数


 


    for(zone_i=0;zone_i<zone;zone_i++)


    {


        //搜索每个zone 内逻辑地址和物理地址的映射关系


        for(block=0;block<1024;block++)


        {


            blockPage=((block+zone_i*1024)<<BLOCK_ADDRERSS_SHIFT);


        NF_WATIRB();                                //等待R/B#信号有效


       


        NF_CMD(0x50);                               // 读取每个block内部第


//0Page内冗余的16个字节


        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#信号有效


        for(i=0;i<16;i++)  se=NF_RDDATA();       // Write spare array


        NF_WATIRB();


 


        if(se[5]!=0xff)[q8]                              //检测是否存在坏块


            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)


        {


            //计算该block对应的逻辑地址


            logic_no=((0x7&se[6])<<7)+(se[7]>>1)+zone_i*1000;


            if(lg2ph[logic_no]!=0xffff)             //说明有2block拥有相


//同的逻辑地址


                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;             //将该block的逻辑地址


//关系记入lg2ph


            logic_number++;                        


        }


        else if(se[7]==0xff)                        //说明该block尚未编号


        {space_block[space_nr]=block;


        space_nr++;


        }


        }


    }


    printk("there are totally %d logic blocks\n\r",logic_number);


    NF_nFCE_H();


    return logic_number;


}


这段代码的主要作用就是产生数组lg2ph[],这个数组的含义就是“块物理地址=lg2ph[逻辑地址]”。


 


 


 







 [q1]发出擦除命令




 [q2]确认并擦除




 [q3]2410处理器的功能




 [q4]为什么要有一个读取的命令???




 [q5]读取ECC并写入16字节中




 [q6]参看表3




 [q7]标记块状态  517字节




 [q8]块状态




 [q9]块逻辑地址1和块逻辑地址2




 [q10]块逻辑地址1

文章评论8条评论)

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用户377235 2014-3-3 11:04

dddd

用户377235 2014-3-3 11:02

ddddd

用户109734 2008-6-8 16:25

阑竹您好,请问你一个问题 nandflsh会出现写入速度不稳定的情况吗 我使用arm+linux做的U盘存储控制器,在给u盘存数时发现一个问题,使用1024字节传输并存储一次的话,发现flash的写入速度相对稳定,大多在10ms以内,然而使用非1024字节(比如200,1000)写入速度就不稳定了,有时会达到200ms,这是为什么呢

用户388155 2008-3-19 01:40

总结的很细致,非常感谢,很喜欢你的工作风格.

用户16437 2008-3-6 16:00

谢谢!很有帮助,顶一下!

用户117839 2007-11-26 14:21

iconGreat job, you see? u have attracted some admires. you should be generios and answer all their questions. ok? to be nice!it is a pity that i can't really understand your program.

用户25478 2007-9-17 23:24

How to do when we need the MTBF data (Mean Time Between Failure)?

Please contact me by email: hkkingsound@hotmail.com (MSN also welcome)

用户99191 2007-8-14 10:07

长见识了,深受教育。

用户16128 2007-8-4 04:22

Hi there,
I want to ask you a ECC question. I tried to port nand flash of ST (16M*8bit) to at91sam9260ek board. I implement ECC in U-boot using HW4-512 (page size = 512, ecc bytes= 4 and oobsize =16). the u-boot can erase, write and read normally. The problem is there exits ECC error when linux kernel start to read JFFS2 file in the nandflash. In the Linux kernel, I used kernel default Soft ECC(pagesize=256 and ecc bytes =3).  
It is very welcomed for your suggestions and hints.
If convenient for you, please reply to billchen.ca@gmail.com
Thanks a lot
Bill

用户73281 2007-4-20 08:09

不错不错!
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用户26319 2007-08-16 08:45
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