闪存在嵌入式Linux系统中的应用.pdf

闪存在嵌入式 Linux 系统中的应用 O 引言 Linux 系统自诞生以来，不断发展壮大，支持越来越多的硬件体系，获 得了日益广泛的应用，从服务器、桌面计算，到机顶盒、手机、路由器等，可 以说无处不在。虽然都是 Linux 系统，但是嵌入式环境和通用计算环境中的软 件硬件配置大不相同。这是因为嵌入式系统大多都是为某一专门应用而特别 设计的，有可能需要耐受各种恶劣环境(比如意外断电、极端温度、强冲击振 动辐射等)，还受到体积、功耗、成本等诸多因素的限制，功能针对性强，需 要酌情增加一些专用的硬件(如各种传感器和专用接口)，而许多通用计算机上 常用的外设在嵌入式系统中不那么常见，典型的例子是硬盘、CDDVD-ROM等 大容量的非易失存储设备，在嵌入式系统中，它们通常被各种形式的闪存所取 代。闪存的存储特性与硬盘等存储设备的巨大差异，导致它必须使用专用存储 控制器、驱动程序及文件系统。对不同类型闪存及相应文件系统的选用，会影 响最终形成系统的性能和稳定性，必须综合各种系统构件的特点及目标系统的 需求做出慎重的抉择。1 闪存类型及特性 嵌入式系统中常用的闪存有两类：NORFLAS和H NANDFLAS。H它们因内部 结构与“或非”及“与非”门相似而得名。它们不仅在内部结构上不同，外部 特性和应用也不一样。NORFLAS的H 容量通常不大，常见的只有几 MB，可以重复 擦写 10 万次到 100万次。NORFLAS遵H循 CFI 标准，可以通过 CFI 命令查询其 制造商、器件型号、容量、内部扇区布局等参数，实现软件自动配置。NORFLAS的H优势还在于它在出厂时能保证每个数据位都是有效的，不需要做坏 块处理。NORFLAS的H线性寻址特性使之可以作为启动存储器使用。与 NORFLASH 相比，NANDFLAS的H容量可以做得很大，常见的有几十 MB到几 GB，可以重复擦 写 10 万次。NANDFLAS芯H片上没有地址与数据线之分，只有复用的 I O线和 命令锁存(CLE)、地址 锁存(ALE)、读写使能(RE，WE)和片选(CE)等控制线，必须通过特定的逻辑来 操作。NANDFLAS不H支持线性寻址，一般不能用作启动 ROM。但这也不是绝对 的。有些微控制器(如AT91SAM926x提)供出厂前固化在芯片内部的 BOOT-RO，M 并在 BOOT-RO中M 提供对 NANDFLAS启H 动的支持。不过这样一来，首先启动的是 BOOT-RO中M的程序，会产生启动逻辑和延时方面的种种问题，设计时需要全面 考虑。另外，生产厂商不保证 NAND-FLASH中每一个数据位都是有效的，除芯片 中的第一块之外，允许有“初始坏块”，并约定在坏块的第一页或第二页带外 区(OOB)的特定位置标记坏块。NANDFLAS还H允许在使用过程中出现新的坏块，以及非坏块在读出过程中出错。基于这些特点，使用这种闪存时要做额外的坏 块管理和校验纠错工作。在写入密集型系统中，必须提供 ECC及坏块换出算 法，才能达到 10 万次的写入指标。除了以上提到的两种闪存之外，还有一种由 NORFLAS衍H 生的串行闪 存，通常是 SPI 接口。这种闪存继承了 NORFLAS没H 有坏块的优点，但不支持 CFI 标准，并且由于是串行接口，线性寻址没有意义，为了方便操作，有些产 品中加入了类似 NANDFLAS的H块页结构及基于片内 SRAM的页缓存，其优势在 于硬件接口简单，提供小尺寸的封装，可以显著减小 PCB面积和布线复杂程 度。另外，基于 NANDFLAS技H术的串行闪存已经量产，使用的也是 SPI 接 口，容量可以做到 1Gb。2 应用设计 目标应用系统是一台专用的户外显示设备，要求其具有低功耗、抗振、宽温操作及高可靠性等特点。为此，选择了 AT91SAM9261 AT91-SAM9G1，0它 是以 ARM9为核心的集成片上液晶控制器的工业级微控制器，以 DATA FLASH NORFLAS和H NANDFLAS存H储固件代码和数据。在设计过程中，根据不同的闪存 使用需求，采取了具有针对性的方案。