SEP4O20在Linux NandFlash驱动中的应用

 

　　Nand-flash内存是flash内存的一种，其内部采用非线性宏单元模式，为固态大容量内存的实现提供了廉价有效的解决方案。Nand-flash存储器具有容量较大，改写速度快等优点，适用于大量数据的存储，因而在业界得到了越来越广泛的应用，如嵌入式产品中包括数码相机、MP3随身听记忆卡、体积小巧的U盘等。文章给出了在嵌入式Linux下的NandFlash的驱动设计，利用嵌入式Linux系统的高效完善以及Linux MTD子系统的对存储介质的高度兼容，大大提高了NandFlash的使用效率，并降低了驱动开发的难度。

　　本文以东南大学自主设计的东芯SEP4020微处理器的为基础，分析NandFlash的内部结构和Linux MTD层的框架，并基于这些研究提出了NandFlash驱动的设计和实现。

　　1 NandFlash的硬件特点

　　NAND闪存芯片NAND闪存是一种比硬盘驱动器更好的存储方案，这在不超过4GB的低容量应用中表现得犹为明显。随着人们持续追求功耗更低、重量更轻和性能更佳的产品，NAND正被证明极具吸引力。NAND的效率较高，是因为NAND串中没有金属触点。NAND闪存单元的大小比NOR要小（4F2:10F2）的原因，是NOR的每一个单元都需要独立的金属触点。以本文使用的东芝TC58512FT（64MNand）为例，分为4096块，每块有32页，每页有512B的数据区+16B的OOB（out of band）区。（4096×32×512B=64MB），均通过8跟IOM线串行控制，如图l所示。

 

　　同时由于工艺限制，NAND闪存中允许存在坏块。NAND闪存的每一页有16B（页长度512B）的OOB区用来存放ECC校验数据，ECC有效标志，坏块标志等。所有这些决定了于NAND的存储系统设计需要处理不同于其它类型闪存特有问题。

　　2 MTD的NAND结构

　　MTD（memorytechnologydevice内存技术设备）是用于访问memory设备（ROM、flash）的Linux的子系统。MTD的主要目的是为了使新的memory设备的驱动更加简单，为此它在硬件和上层之间提供了一个抽象的接口。MTD的所有源代码在/drivers/mtd子目录下。CFI接口的MTD设备分为四层（从设备节点直到底层硬件驱动），这四层从上到下依次是：设备节点、MTD设备层、MTD原始设备层和硬件驱动层。

　　Linux MTD层是Linux操作系统和存储介质之间的一个适配层。MTD是Linux的一个子集，用来作为具体的硬件设备驱动和上层文件系统的桥梁。MTD层有两个非常显着的优异点：

　　（1）简化驱动的开发。设计基于MTD的驱动，所需要做的事情就是按照标准的公共接口函数的接口，根据微处理器NandFlash控制器的不同做适当的修改，而无需去理会字符（块）设备驱动设计标准，因为所有这些复杂的与内核的交互接口机制mtd已经做好了，开发行的精力只需要集中在实现对物理设备的范围控制。

　　（2）NandFlash使用环境的独立性。上层应用只需要访问mtd抽象层提供的字符设备方式或者块设备方式来访问mtd设备，因此具体驱动对于上层应用来说是具有独立性的，即使底层驱动修改了，上层拥有也不需要改动。并且由于mtd抽象层，上层应用就可以避免直接对具体硬件操作，而是对mtd操作，这样，这些应用就不是建立在某个具体的设备上，更好地实现了通用性和兼容性。

　　mtd抽象层用一个数组struct mtd_info*mtd_table[MAX_MTD_DEVICES]保存系统中所有的设备，mtd设备利用struct mtd_info这个结构来描述，该结构中描述了存储设备的基本信息和具体操作所需要的内核函数，mtd系统的那个机制主要就是围绕这个结构来实现的。

　　下面简单介绍下这个结构：

　　3 基于SEP4020的NandFlash驱动的实现

　　应对嵌入式处理器发展的趋势以及市场对嵌入式微处理器芯片的需求逐渐增加。作为SOC芯片及解决方案的提供商，南京博芯电子技术有限公司日前发布了东芯IV+SEP4020嵌入式微处理器，该处理器面向交互式终端（InteractiveTerminal）类和控制类应用。它集成LCD控制器、MAC接口为一身，内部还嵌入了EMI接口、DMA控制器、多通道定时器、大量的外部中断。为用户开发简化了硬件和软件设计，提供了丰富的接口。SEP4020使用0.18um标准CMOS的工艺设计，内嵌ASIXCORE（32位RISC内核，兼容ARM720T,带8KB指令数据Cache和全功能MMU），采用冯诺依曼结构。

　　3.1 NandFlash读函数的代码

　　//读取数据，长度可能为528,512,16;但由于NandFlash的控制器只支持整页的读写和//oob区的读，而这里发送的命令是读取数据，所以要整页读，数据长度为528.

　　3.2 NandFlash写函数的代码

　　由于NandFlash本身只支持整页的写，而不支持直接对oob区的写操作，而MTD上层需要对oob区进行一系列的操作，因此在对oob进行操作时需要先读取该页数据区，并将上层传送的oob区数据一起组成一整页，然后才能写入NandFlash.

　　4 结束语

　　本文以NandFlash芯片的特点入手，分析了LinuxMTD层架构及优点，给出了基于SEP4020微处理器的NandFlash驱动设计，并利用SEP4020内置的dma技术，提高了对NandFlash的读写速度。根据实验表明，本文实现的NandFlash驱动提供的平均读写速度稳定在250kB/s,这样的速度在一般的嵌入式应用中已经足够。