基于SEP4O20的Linux NandFlash驱动设计 - 全文

 

　　本文首先给出了NandFlash的硬件特点，分析了Linux MTD层(Memow Technology Device)的特性，基于东南大学国家ASIC中心自主设计的嵌入式微处理器芯片SEP4020，给出了Linux下NandFlash驱动的详细设计方案。实验结果表明，基于这种驱动方案的NandFlash能进行有效的文件管理和稳定、快速的读写功能，非常适合于嵌入式产品的应用。

　　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器件是基于I/O接口的，这点不同于NOR闪存，基于Bus的RAM接口。NAND芯片以页为单位读写，以块为单位擦除，通过多个引脚传送命令地址数据，使用较复杂的I/O接口来控制。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

　　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层有两个非常显著的优异点：

　　

 

　　(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

　　SEP4020由东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心设计，使用0.18μm标准CMOS的工艺设计，内嵌ARM720T内核，带8kB指令数据Cache和全功能MMU，采用冯诺依曼结构的微处理。支持NandFlash的硬件ecc和软件ecc，支持3级到5级地址，并提供512byte和2k bytes的页支持(本文以3级地址，一页为512byte为实现目标)。根据。NandFlash实际使用中大量操作均为对整页的处理，本文利用片内dma搬运技术，提高对NandFlash的读写速度。

　　3.1 NandFlash读函数的核心代码

　　//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写函数的核心代码

　　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。